Главная      Учебники - Разные     Лекции (разные) - часть 22

 

Поиск            

 

Нормативный срок освоения программы 4 года фгос впо утвержден приказом Минобрнауки России от 21. 12. 2009 №745, зарегистрирован в Министерстве юстиции РФ 03. 02. 2010 №16217 Санкт-Петербург

 

             

Нормативный срок освоения программы 4 года фгос впо утвержден приказом Минобрнауки России от 21. 12. 2009 №745, зарегистрирован в Министерстве юстиции РФ 03. 02. 2010 №16217 Санкт-Петербург

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

сАНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Согласовано

Сопредседатель УМС по направлению 223200

А.Э. Фотиади

(подпись) (ФИО)

"____" ________ 2010 г.

Вариативная часть

Примерной оСНОВНой образовательной программы высшего профессионального образования

по направлению 223200 «Техническая физика»

профиль 11 «Радиофизика и электроника»

Квалификация выпускника бакалавр

Форма обучения очная .

Нормативный срок освоения программы 4 года

ФГОС ВПО утвержден приказом Минобрнауки России от 21.12.2009 № 745,
зарегистрирован в Министерстве юстиции РФ 03.02.2010 №16217

Санкт-Петербург

2010


Содержание

Введение

1.1 Вариативная часть примерного учебного плана подготовки бакалавра
по направлению 223200 «Техническая физика», профиль: «Радиофизика и электроника»

1.2 Компетентностные требования к результатам освоения вариативной части основной образовательной программы (ООП) подготовки бакалавров

1.3.01 Дисциплина Б3.В.01 «Физика твердого тела»

1.3.02 Дисциплина Б3.В.02 «Радиофизика»

1.3.03 Дисциплина Б3.В.03 «Физика и техника электромагнитных процессов»

1.3.04 Дисциплина Б3.В.04 «Специальные вопросы радиоэлектроники»

1.3.05 Дисциплина Б3.В.05 «Волновые процессы»

1.3.06 Дисциплина Б3.В.06 «Оптические и квантовые приборы»

1.3.07 Дисциплина Б3.В.07 «Устройства СВЧ и антенны»

1.3.08 Дисциплина Б3.В.08 «Введение в схемотехнику»

1.3.09 Дисциплина Б3.В.09 Основы менеджмента наукоемких производств

1.3.10 Дисциплины по выбору обучающихся

Введение

Вариант ПООП разработан для одного из профилей («Радиофизика и электроника»), который реализуется на кафедре Радиофизики Радиофизического факультета ГОУ ВПО СПбГПУ. Приведенный набор дисциплин вариативной части всех циклов и дополнительные компетенции по данному профилю не являются обязательными и могут изменяться в ООП вуза в соответствии со специализацией подготовки выпускников в области физической электроники. При этом рекомендуется сохранить в ООП объем и распределение по семестрам указанных дисциплин.


1.1 Вариативная часть примерного учебного плана подготовки бакалавра
по направлению 223200 «Техническая физика», профиль: «Радиофизика и электроника»

№ п/п

Наименование дисциплин

(в том числе практик)

Трудоемкость

Примерное распределение по семестрам

Зачетные
единицы

Академические
часы

1-й семестр

2-й семестр

3-й семестр

4-й семестр

5-й семестр

6-й семестр

7-й семестр

8-й семестр

Форма итогового контроля

Примечание

Количество недель

18

18

18

18

18

18

18

12

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Б.1 Гуманитарный, социальный и экономический цикл

30

1013

Б1.Б

Базовая часть

15

524

+

+

+

+

+

+

Б1.В

Вариативная часть,
в т.ч. дисциплины по выбору студента

15

524

Б1.В.01

Семинар на иностранном языке

7

246

+

+

+

+

З

Б1.В.02

Экономика

3

90

+

З

КПр

Дисциплины по выбору студента

5

188

Б1.В.03

1 Психология и педагогика

2. Русский язык и культура речи

1

51

+

З

Б1.В.04

1. Правоведение

2. Социология

2

72

+

З

Б1.В.05

1. Культурология

2. Политология

2

65

+

З

Б.2 Математический и естественнонаучный цикл

77

2569

Базовая часть

39

1225

Вариативная часть,
в т.ч. дисциплины по выбору студента

38

1344

Б2.В.01

Практикум по математике

9

314

+

+

+

+

З

Б2.В.02

Практикум по информационным технологиям

3

90

+

З

Б2.В.03

Физический практикум

11

386

+

+

+

З

Б2.В.04

Практикум по химии и экологии

3

108

+

З

Б2.В.05

Теория вероятностей и математическая статистика

3

90

+

З

Дисциплины по выбору студента

9

356

Б2.В.06

Семинары по технической физике:

1. Семинар по электродинамике магнитоупорядоченных систем.

2. Семинар по электродинамике анизотропных и бианизотропных сред.

3. Семинар по физике волоконно-оптических систем.

4. Семинар по радиоастрономии.

3

124

+

+

З

Б2.В.07

Дополнительные главы информатики:

1. Теория вычислительных систем.

2. Объектно-ориентированное программирование.

2

72

+

З

Б2.В.08

Дополнительные главы физики :

1 – магнитоупорядоченных систем;

2 – анизотропных и бианизотропных сред;

3 – волоконно-оптических систем.

4

160

+

+

З

Б.3 Профессиональный цикл

106

3324

Базовая часть

53

1673

Вариативная часть,
в т.ч. дисциплины по выбору студента

53

1651

Б3.В.01

Физика твердого тела

5

136

+

Э

Б3.В.02

Радиофизика

10

297

+

+

Э,З

Б3.В.03

Физика и техника электромагнитных процессов

13

360

+

+

Э,З

Б3.В.04

Специальные вопросы радиоэлектроники

3

72

+

Э

Б3.В.05

Волновые процессы

2

65

+

Э

Б3.В.06

Оптические и квантовые приборы

2

78

+

Э

Б3.В.07

Устройства СВЧ и антенны

2

78

+

Э,З

Б3.В.08

Введение в схемотехнику

3

88

+

+

З

Б3.В.09

Основы менеджмента наукоемких производств

2

78

+

З

Дисциплины по выбору студента

11

399

Б3.В10

Научная работа в лаборатории

1. в области технической электродинамики;

2. в области антенной техники;

3. в области волоконно-оптической электроники;

4. в области СВЧ-электроники;

5. в области радиоастрономии.

8

297

З

Б3.В.11

Семинары по радиофизике:

1. семинар по технической электродинамике;

2. семинар по антенной технике;

3. семинар по волоконно-оптической электронике;

4. семинар по СВЧ-электронике;

5. семинар по радиоастрономии.

4

126

+

З

Б3.В.12

Специальные дисциплины

1. Моделирование СВЧ приборов и устройств;

2. Статистическая радиотехника

3

102

+

З

1.2 Компетентностные требования к результатам освоения вариативной части основной образовательной программы (ООП) подготовки бакалавров

1.2.1 Компетенции в области научно-исследовательской деятельности

- Выпускник способен строить простейшие физические и математические модели приборов, схем, устройств и установок физической электроники различного функционального назначения, а также использовать стандартные программные средства их компьютерного моделирования.

- Выпускник способен аргументировано выбирать и реализовывать на практике эффективную методику экспериментального исследования параметров и характеристик приборов, схем, устройств и установок физической электроники различного функционального назначения.

- Выпускник готов анализировать и систематизировать результаты исследований, готовить и представлять материалы в виде научных отчетов, публикаций, презентаций.

1.2.2 Компетенции в области производственно-технологической деятельности

- Выпускник способен выполнять работы по технологической подготовке производства материалов и изделий электронной техники.

- Выпускник готов организовывать метрологическое обеспечение производства материалов и изделий электронной техники.

- Выпускник способен осуществлять контроль соблюдения экологической безопасности.

1.2.3 Компетенции в области проектно-конструкторской деятельности

- Выпускник способен проводить предварительное технико-экономическое обоснование проектов.

- Выпускник готов выполнять расчет и проектирование электронных приборов, схем и устройств различного функционального назначения в соответствии с техническим заданием с использованием средств автоматизации проектирования.

- Выпускник способен разрабатывать проектную и техническую документацию, оформлять законченные проектно-конструкторские работы.

- Выпускник готов осуществлять контроль соответствия разрабатываемых проектов и технической документации стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам.

1.2.4 Компетенции в области организационно-управленческой деятельности

- Выпускник готов участвовать в разработке организационно-технической документации (графиков работ, инструкций, планов, смет и т.п.) и установленной отчетности по утвержденным формам.

- Выпускник умеет выполнять задания в области сертификации технических средств, систем, процессов, оборудования и материалов.

- Выпускник владеет методами профилактики производственного травматизма, профессиональных заболеваний, предотвращения экологических нарушений.

1.2.5 Компетенции в области научно-инновационной деятельности

- Выпускник умеет внедрять результаты исследований и разработок и организовывать защиту прав на объекты интеллектуальной собственности

1.3.01 Дисциплина Б3.В.01 «Физика твердого тела»

Общая трудоёмкость изучения дисциплины составляет 5 зач. ед. (136 часов)

1 Цели и задачи изучения дисциплины

Целью дисциплины является обеспечение фундаментальных знаний и навыков в области физики твёрдого тела и физики полупроводников.

2. Место дисциплины в рабочем учебном плане

Дисциплина Б3.В.02 «Физика твердого тела и полупроводников» является дисциплиной вариативной части профессионального цикла ФГОС ВПО по профилю «Физическая электроника» направления подготовки бакалавров «Техническая физика» и изучается в двух семестрах. Дисциплина опирается на знания, полученные при изучении предшествующих курсов «Физика», «Математика» и параллельно читаемые курсы «Квантовая механика», «Методы математической физики». Знания, умения и навыки, приобретенные в результате изучения дисциплины, закрепляются и углубляются в ходе изучения последующих специальных дисциплин Б3.В.05 «Диагностика поверхности материалов электроники», Б3.В.06 «Квантовая электроника» и Б3.В.07 «Специальные вопросы микро- и нанотехнологии», а также необходимы для самостоятельной научно-исследовательской работы, для подготовки выпускной работы, для быстрой адаптации в первичной должности выпускника, работающего в области современных наукоемких технологий, и для его дальнейшего профессионального роста.

Разделы дисциплины по РПД

Объем занятий, час

Л

ПЗ

СР

1

Структура и симметрия идеальных и реальных кристаллов

10

5

5

2

Основные типы дефектов кристаллической структуры

10

5

5

3

Дифракция в кристаллах и обратная решетка

6

4

6

4

Упругие колебания в кристаллах, оптические и акустические фононы

6

2

4

5

Тепловые свойства кристаллов

6

3

2

6

Модель свободных электронов

6

3

2

7

Основы зонной теории, классификация твердых тел

8

4

2

8

Статистика электронов

6

4

4

9

Диэлектрические и магнитные свойства, ферромагнетизм; сегнетоэлектрики.

6

2

3

10

Оптические свойства;

6

3

3

11

Сверхпроводимость

6

3

3

12

Собственная и примесная проводимость полупроводников; основные полупроводниковые материалы

4

2

2

13

Некристаллические полупроводники

6

3

2

14

Диффузия и дрейф носителей

6

3

3

15

Генерация и рекомбинация

6

3

5

16

Контактные явления

6

3

7

17

Электронно-дырочный переход; гетеропереходы

6

3

6

18

Поверхностные электронные состояния; эффект поля

6

3

7

19

Фотоэлектрические и акустоэлектронные явления

6

3

5

20

Оптика полупроводников

6

3

5

21

Сильно легированные полупроводники

6

3

3

22

Квантово-размерные структуры

6

3

3

Общая трудоемкость 297 час.

140

70

87

В результате изучения дисциплины студенты должны:

Знать:

- основы физики твёрдого тела и физики полупроводников;

- физическую сущности процессов, протекающих в проводящих, полупроводниковых, диэлектрических, магнитных материалах и в структурах, созданных на основе этих материалов, в том числе и при воздействии внешних полей и изменении температуры.

Уметь:

- выполнять количественные оценки величины эффектов и характеристических параметров с учётом особенностей кристаллической структуры, электронного и фононного спектров, типа и концентрации легирующих примесей;

- самостоятельно осваивать и грамотно использовать результатов новых экспериментальных и теоретических исследований в области физики твёрдого тела и полупроводников;

- самостоятельно выбирать методы и объекты исследований

Владеть:

- Навыками использования методов количественной оценки основных твердотельных характеристик.

Иметь представление:

- о современных тенденциях в развитии физики твёрдого тела и полупроводников, приборов и устройств на их основе.

4. Распределение объема учебной дисциплины по видам учебных занятий и формы контроля

Виды занятий и формы контроля

Объем по семестрам

5-й сем.

6-й сем.

Лекции (Л), час/нед.

4

4

Практические занятия (ПЗ), час/нед.

2

2

Самостоятельная работа (СР), час.нед.

2

3

Курсовые работы, шт.

-

1

Экзамены, (Э), шт.

1

1

Общая трудоемкость дисциплины составляет по РПД 297 часов.


1.3 Аннотации примерных программ учебных дисциплин вариативной части профессионального цикла профиля

1.3.02 Дисциплина Б3.В.02 «Радиофизика »

Общая трудоёмкость изучения дисциплины составляет 10 зач. ед. (297 часов)

1. Цели и задачи изучения дисциплины

Радиофизика как наука сформировалась в 30-50 годы XX столетия. Она изучает физические процессы, связанные с электромагнитными колебаниями и волнами радиодиапазона, методы их возбуждения, усиления, преобразования и приема, а также возникающие при этом взаимодействия электромагнитного поля с зарядами в вакууме и веществе. Последние десятилетия радиофизика рассматривает акустические колебания и электромагнитные колебания оптического диапазона с целью создания новых устройств радиоэлектроники.

Основные цели изучаемого курса:

1.Знание сущности физических процессов в элементах и устройствах радиоэлектроники, общих принципов, методов и идей, лежащих в основе современной радиофизики.

2.Умение выполнять простейшие расчеты колебательных и волновых процессов, электромагнитных полей в устройствах передачи и приема радиосигналов.

3.Опыт проведения экспериментальных исследований различных устройств радиоэлектроники и правильной трактовки полученных результатов.

2. Место дисциплины в системе дисциплин учебного плана

В курсе "Радиофизика" даются наиболее общие представления об упомянутых явлениях и их использовании в элементах и устройствах современной радиотехники. Курс является основой для изучения студентами последующих специальных дисциплин и играет важную роль в формировании научного мировоззрения будущих бакалавров. Изложение материала базируется на физических сведениях и представлениях об электричестве и магнетизме, сведениях о физике твердого тела, полученных студентами из курсов "Экспериментальная физика" . Используемый математический аппарат изучается в курсе "Высшая математика". При изложении материала широко используются сведения из параллельно изучаемых студентами таких дисциплин как "Электронные приборы", "Математическая физика", "Электродинамика".

Курс " Специальные вопросы радиофизики " изучается студентами в третьем семестре. Рассматриваются свойства и методы расчета линейных цепей, когда физические свойства электронных элементов и устройств допускают использование понятий токов и напряжений. Основное внимание здесь уделяется вопросам расчета пассивных электрических цепей.

В последующих разделах курса студенты должны получить отчетливую картину колебательных и волновых процессов, лежащих в основе современных устройств генерирования, излучения, усиления , преобразования, хранения и передачи электрических сигналов. Наряду с сигналами детерминированного характера студентам дается представление о шумовых процессах, рассматриваются физические механизмы возникновения шумов. Кроме того, студенты знакомятся с радиофизическими методами исследования свойств веществ, небесных тел, состояния поверхности Земли и ее атмосферы, имеющими важное научное и практическое значение.

3. Объем дисциплины по видам учебной работы и формы контроля

Виды занятий и формы контроля

Объем в 5-ом семестре

Объем в 6-ом семестре

Лекции, ч/нед

Практические занятия, ч/нед

Лабораторные занятия, ч/нед

Самостоятельные занятия, ч/нед

Экзамены, шт/сем

Зачеты, шт/сем

Курсовые работы, шт/сем

4

2

2

1

1

1

4

2

3

1

1

1

Общая трудоемкость дисциплины составляет 10 зач.ед.

Форма обучения _____дневная_____

4. Содержание дисциплины

4.1. Разделы дисциплины по ГОС ВПО, разделы дисциплины по РПД и объемы по видам занятий

Разделы дисциплины по ГОС ВПО*

(дидактические единицы ГОС)

Разделы дисциплины по РПД**

Объем занятий***, час

Примечания

Л

ПЗ

ЛЗ

Сам

1

Электромагнитные поля и волны

50

20

30

2

Элементы статистической радиофизики

50

20

30

3

Радиофизические методы изучения свойств вещества и

новые принципы создания приборов функциональной электроники;

50

20

27

Итого

Общая трудоемкость

по ГОС ВПО: 297час.

150

час.

60

час.

_

час.

87

час.

___

час.

Введение

Краткие сведения о курсе. Содержание предмета радиофизики, ее связь со смежными дисциплинами. Общая характеристика задач, связанных с передачей, приемом, преобразованием и обработкой информации. Диапазоны частот, используемых в радиофизике. Современная элементная база радиофизики и электроники, основные тенденции ее развития.

1. Электромагнитные поля и волны.

Плоская электромагнитная волна, ее скорость, поляризация, переносимая мощность. Волны в прямоугольном волноводе, электромагнитные поля простейших типов волн. Длина волны в волноводе. Критическая частота. Фазовая и групповая скорости.

Типы волн в круглом, коаксиальном полосковом и диэлектрическом волноводах; пленочные и волоконные световоды.

Сочленения волноводов, цепи СВЧ и способы их описания. Направленный ответвитель, фазовращатель, аттенюатор. Измерительная линия, детектор, смеситель. Ферритовые вентили и циркуляторы.

Объёмные резонаторы, примеры конструкций. Свободные и вынужденные колебания в резонаторе. Собственная и нагруженная добротность резонатора.

Поле излучения элементарного тока (диполя Герца). Полуволновой вибратор. Направленность и поляризация излучения. Коэффициент усиления и входное сопротивление антенны.

Рупорные и зеркальные антенны. Решетка излучателей, принцип электрического управления лучом.

Работа антенны в режиме приема. Принцип взаимности. Передача мощности между антеннами.

2.Элементы статистической радиофизики.

Проблема чувствительности радиоустройств. Внутренние и внешние помехи радиоприему. Основные физические источники шумов в электрических цепях. Спектральное представление шумового колебания.

Тепловой шум. формула Найквиста. Тепловое излучение, шум в антеннах. Дробовые шумы электронных приборов. Понятие о фликкер-шуме и шумах токораспределения. Эквивалентные шумовые схемы усилительных четырехполюсников. Коэффициент шума, шумовая температура.

Шумовые характеристики каскадного соединения четырехполюсников. Некоторые общие принципы повышения помехоустойчивости и чувствительности радиоустройств. Оптимальная линейная фильтрация сигналов.

3.Радиофизические методы изучения свойств вещества и

новые принципы создания приборов функциональной электроники.

Магнитные резонансы: ядерный, ферромагнитный, спиноволновой, электронный парамагнитный. Спектроскопические методы исследования свойств вещества. Применение ферритов и ферромагнитных пленок в радиоэлектронике. Спиновое и электронное эхо как средство функциональной обработки электрических сигналов.

Основные принципы акустоэлектроники. Пьезоэлектрические кристаллы. Возбуждение и распространение акустических волн. Акустоэлектронные линии задержки, фильтры, усилители и конвольверы.

Приборы с переносом заряда: приборы с зарядовой связью и "пожарные цепочки" МОП-структур. Применение в качестве линий задержки, фильтров, запоминающих устройств. Фоточувствительные двумерные матрицы ПЗС-структур.

Важнейшие направления оптоэлектроники. Источники и приемники оптического излучения. Оптроны и их применение в радиоэлектронике. Принципы модуляции и фильтрации оптических сигналов и их использование в системах обработки информации. Волоконно-оптические линии связи. Интегральная оптика.

Принципы криогенной электроники. Сверхпроводимость как средство реализации запоминающих приборов (криотронов). Эффект Джозефсона и его применение для точного измерения магнитных полей и в цифровой электронной технике.

Цели и задачи других видов занятий по предмету "Радиофизика"

Материал, изучаемый студентами на лекциях, закрепляется другими формами занятий: самостоятельнми (С1), упражнениями, курсовыми работами и лабораторным практикумом.

На самостоятельных занятиях по форме С1 в третьем семестре студенты изучают трансформатор и его свойства, знакомятся с трехфазными цепями и способами генерирования гармонических колебаний, применяемыми в электротехнике. На эти же занятия вынесены вопросы практического спектрального анализа колебаний.

В пятом семестре на занятиях С1 предусматривается углубленная проработка отдельных вопросов, относящихся к волновым и шумовым процессам, а также к последнему разделу курса, которые достаточно хорошо освещены в учебно-методической литературе.

Упражнения по курсу предусмотрены на трех семестрах. На третьем семестре цель упражнений - привить практические навыки расчета линейных электрических цепей с сосредоточенными параметрами, освоить метод комплексных амплитуд, ознакомить с резонансными явлениями в колебательных контурах. При проведении упражнений особое внимание обращается на развитие навыков проведения численных инженерных расчетов.

На четвертом семестре студенты усваивают основные методы расчета длинных линий, согласующих устройств и обучаются работе с круговой диаграммой полных сопротивлений. В программу практических занятий 4-ого семестра входит также проведение расчетов простейших усилительных устройств, анализ влияния обратной связи на их характеристики, включая устойчивость. В течение пятого семестра студенты получают навыки по расчету полей и волн в волноводах и резонаторах, а также шумов в различных устройствах радиоэлектроники.

Для закрепления навыков расчета на третьем и четвертом семестрах предусмотрены курсовые работы.

на третьем семестре содержит индивидуальные задания, основная цель которых - развитие навыков проведения самостоятельных расчетов и закрепления знаний по методам анализа электрических цепей, методу комплексных амплитуд, и резонансных свойств систем с сосредоточенными параметрами.

Ку@Ёсовой работой в четвертом семестре предусмотрено индивидуальное задание по расчету длинных линий: работа содержит расчеты первичных и вторичных параметров длинных линий и расчет согласующи устройств. На четвертом семестре содержит также индивидуальные задания по расчету простейших усилительных устройств.

Лабораторный практикум проводится в четвертом (или пятом семестре) и предусматривает выполнение студентами 15 лабораторных работ.

Цель практикума - -экспериментальное изучение основных явлений и процессов в типичных элементах и устройствах радиоэлектроники, сопоставление полученных опытных данных с результатами расчетов, ознакомление с современной элементной базой, овладение навыками работы с современными контрольно-измерительными приборами.

Лабораторные работы подкрепляют материал основных разделов лекционного курса и предусматривают практическое изучение процессов:

а) в линейных пассивных электрических цепях с сосредоточенными и распределенными параметрами;

б) в усилительных устройствах; в) в устройствах генерирования и преобразования частоты; г) в устройствах передачи и излучения электромагнитных волн;

д) флуктуационных явлений.

Примерный перечень лабораторных работ.

1.Исследование процессов в простейших пассивных цепях.

2.Исследование вынужденных колебаний в последовательном и

параллельном контурах.

3.Исследование свободных колебаний в одиночном контуре и

в системе связанных контуров.

4.Исследование спектрально-временных характеристик элект

рических колебаний.

5.Исследование процессов в длинных линиях.

6.Исследование элементов СВЧ устройств.

7.Исследование интерференции электромагнитных волн в радио- и оптическом диапазонах.

8.Исследование усилительных свойств транзисторов.

9.Исследование резонансного и полосового усилителя.

10.Свойства операционного усилителя.

11.Активные фильтры.

12.Избирательный RC-усилитель и и RC-генератор на основе ОУ.

13.Исследование шумовых процессов в пассивных и активных цепях.

14.Преобразование колебаний в нелинейных цепях (модуля

ция, детектирование, преобразование частоты).

15.Частотное детектирование и частотная модуляция.

16.Исследование LC-генератора.

17. Транзисторный ключ и импульсные устройства на его

основе.

18.Исследование тиристорных импульсных устройств.

19.Вторичные источники питания.

ТАБЛИЦА 1

------------------------------------------------------------

Раздел время,час

программы ------------------------------

лекции С1 Лаб. Пр.з. С2

------------------------------------------------------------

Введение 1 - - - -

1.Основные понятия и законы

электрической цепи 8 - - - -

2.Гармонические колебания

в линейных электрических 12 3 4 6 5

цепях

3.Резонансные явления в 8 3 4 6 4

электрических цепях

4.Анализ цепей при негар- 15 3 8 6 4

моническом воздействии

5.Длинные линии 14 - 4 9 4

6.Четырехполюсники 13 - - - 4

7.Основные принципы

создания активных 24 - 16 12 10

линейных устройств

8.Методы генерирования и

преобразования частотного 22 - 16 - 20

спектра колебаний

9.Электромагнитные поля 17 4 8 6 10

и волны

10.Элементы статистической

радиофизики 14 3 4 6 10

11.Радиофизические методы

изучения свойств вещества

и новые принципы создания 20 10 - - 10

приборов функциональной

электроники.

-------------------------------------------------------------

ИТОГО 168 26 64 51 84

в том числе с элементами НИР 60

Литература к разделам 1- 6

Основная

1.Атабеков Г.И. Основы теории цепей.-М:Энергия,1978.

2.Нейман Л.Р., Демирчян К.С., Теоретические основы

электротехники. Ч.2.-Л:Энергоиздат, 1981.

3.Бирюков В.Н., Попов В.П., Семенов В.И., Сборник задач

по теории цепей.-М:Высшая школа, 1985.

Дополнительная

1.Мартынов Б.А. Элементы электрических цепей: чебное пособие.-Л.:ЛПИ, 1974, 50с.

2.Мартынов Б.А. Основные методы расчета линейных электрических цепей: Метод.указания. -Л: ЛПИ,1972, 36 с.

3.Розов В.А., Ларионов А.М., Четырехполюсные цепи: Учебное пособие. -Л.:ЛПИ, 1976.

4.Конторович М.И. Операционное исчисление и процессы в электрических цепях. -М.:Сов.радио, 1975, 319 с.

5.Шебес М.Р. Теория линейных электрических цепей в упражнениях и задачах. -М.: Высшая школа, 1989.

6.Лосев А.К. Теория линейных электрических цепей. -М.:Высшая школа, 1988.

К разделам 7-14

Основная

1.Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. -М:Высшая школа, 1983 536 с.

2.Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. -М.: Радио и связь, 1985, 504 с.

3.Электромагнитные колебания и волны: Учебное пособие/под ред.Зайцева Э.Ф. -Л.:ЛПИ, 1987, 76 с.

4.Зайцев Э.Ф. Флуктуационные колебания в радиофизике: Учебное пособие. -Л.:ЛГТУ, 1990, 77 с.

5. Зайцев Э.Ф., Усов В.С. Некоторые перспективные направления современной радиофизики и функциональной электроники: Учебное пособие - Л., ЛПИ, 1987, 60 С.

6. Зайцев Э.Ф., Усов В.С. Физические основы функциональной электроники и радиоспектроскопии: Учебное пособие. - Л., ЛПИ,1988, 68 с.

Дополнительная

1.Каяцкас А.А. Основы радиоэлектроники. -М.: Высшая школа, 1988, 464 с.

2.Усов В.С., Мартынов Б.А., Новиков Ю.Н. Базовые элементы и устройства физического эксперимента (транзисторные усилители, ключи, импульсные устройства):Учебное пособие. СПб.:СПбГТУ, 1991, 75 с.

3.Зайцев Э.Ф., Тепловой шум в электрических цепях:учебное пособие -Л.:ЛПИ, 1979, 47 с.

4.Сборник задач по курсу "Электродинамика и распространение радиоволн/под ред. Баскакова С.И. -М.: Высшая школа, 1981, 208 с.

5.Сиберт У.М. Цепи, сигналы, системы:в 2-х частях/пер. с англ.-М.:Мир, 1988, 366 с.

Программу составили проф. Черепанов А.С.

INTRODUCTION TO RADIOPHYSICS

(FUNDAMENTALS OF RADIOELECTRONICS)

ОСНОВЫ РАДИОФИЗИКИ

Principles of signals amplification, typical circuitry, main features, feedback, stability.LC -oscillators and other types of oscillators.

Modulators and demodulators, signals frequency conversion, analog to digital and reverse transformations.

Waves propagation in waveguides, waveguide joints and devices, electromagnetic waves radiation and reception.

Noise in radio systems, its origins, methods of analysis, calculation of signal/noise ratio, signal optimal filtration.


1.3.03 Дисциплина Б3.В.03.02 «Физика и техника электромагнитных процессов »

Общая трудоёмкость изучения дисциплины составляет 13 зач. ед. (360 часов)

1. Цели и задачи изучения дисциплины

Теория колебаний оформилась в самостоятельную научную дисциплину в ЗО-е годы XX века. Характерная отличительная черта всех ее разделов (и в т.ч. теории электромагнитных колебаний) - единый подход к описанию всевозможных видов колебаний в физических системах, основанный на общности математического аппарата, применяемого при теоретическом исследовании колебательных процессов различной природы.

Решение разнообразных конкретных задач, с которыми приходится иметь дело специалистам в области радиотехники, радиофизики и электроники, в большой мере опирается на использование понятий и методов теории колебаний, освоение которых важно также и с точки зрения успешного формирования научного мировоззрения упомянутых специалистов.

В курсе "Теория колебаний" рассматриваются особенности физических процессов в линейных и нелинейных колебательных системах и методы их исследования. Изложение базируется на материалах, изучавшихся ранее и проходимых параллельно в курсах радиофизики, математической и теоретической физики. Курс относится к числу общепрофессиональных дисциплин, имеет самостоятельное значение и служит основой для изучения специальных дисциплин. Особенностями являются сложный математический аппарат, который необходимо применять при изложении ряда вопросов, а также многочисленность рассматриваемых физических процессов и их толкований, которые приходится усваивать студентам при прохождении курса. Большая часть курса должна излагаться с достаточной математической строгостью.

Основные цели изучения курса.

1. Умение дать грамотное определение основным понятиям теории колебаний, используемым в технических науках и физике.

2. Знание структуры различных колебательных систем и четкие представления об их отличительных особенностях и назначении отдельных частей (элементов).

3 . Ясное понимание сути колебательных явлений, знание условий, при которых они наблюдаются, умение выделять во всевозможных явлениях (в т.ч. явлениях разной природы) общие и специфические черты.

4 . Свободное владение основными методами, аналитическими, вычислительными и измерительными процедурами, применяемыми при теоретическом и экспериментальном исследовании колебательных систем.

5 . Понимание значения фундаментального характера основных положений теории колебаний для выработки правильного методологического подхода к решению научных и технических проблем радиоэлектроники.

2. Место дисциплины в системе дисциплин учебного плана

В курсе "Теория колебаний" рассматриваются особенности физических процессов в линейных и нелинейных колебательных системах и методы их исследования. Изложение базируется на материалах, изучавшихся ранее и проходимых параллельно в курсах радиофизики, математической и теоретической физики. Курс относится к числу общепрофессиональных дисциплин, имеет самостоятельное значение и служит основой для изучения специальных дисциплин. Особенностями являются сложный математический аппарат, который необходимо применять при изложении ряда вопросов, а также многочисленность рассматриваемых физических процессов и их толкований, которые приходится усваивать студентам при прохождении курса. Большая часть курса должна излагаться с достаточной математической строгостью.

3. Объем дисциплины по видам учебной работы и формы контроля

Виды занятий и формы контроля

Объем в

8-ом семестре

Лекции, ч/нед

Практические занятия, ч/нед

Лабораторные занятия, ч/нед

Самостоятельные занятия, ч/нед

Экзамены, шт/сем

Зачеты, шт/сем

Курсовые работы, шт/сем

3

1

3

1

1

Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зач.ед.

Форма обучения _____дневная_____

4. Содержание дисциплины

4.1. Разделы дисциплины по ГОС ВПО, разделы дисциплины по РПД и объемы по видам занятий

Разделы дисциплины по ГОС ВПО*

(дидактические единицы ГОС)

Разделы дисциплины по РПД**

Объем занятий***, час

Примечания

Л

ПЗ

ЛЗ

Сам

1

1. Колебательные системы и способы описания их поведения...........

4

2

4

6

2

2. Устойчивость состояний равновесия колебательных систем

4

2

0

10

3

3. Изучение колебательных систем посредством фазового пространства

4

2

0

8

4

4. Установившиеся процессы в автономных автоколебательных системах

6

2

8

8

5

5. Неавтономные системы в состоянии установившихся колебаний

4

2

4

6

6. Метод медленно меняющихся амплитуд (ММА) и его приложение к анализу квазилинейных систем 2-го порядка

3

1

0

6

7. Анализ при помощи метода ММА квазилинейных систем З-го и более высоких порядков

3

1

0

6

8.Параметрические системы

5

1

4

2

9. Колебания распределенных систем

5

1

2

Итого

Итого 126 часов

38

час.

14

час.

20

час.

54

час.

___

час.

1.Динамические (колебательные) системы и способы описания их поведения

Исходные определения: динамическая (колебательная) система и ее модель (эквивалентная схема), число степеней свободы, порядок системы; детерминированные (периодические, почти периодические, непериодические) и случайные колебания (движения) системы.

Классификация динамических (колебательных) систем: линейные (в т.ч. параметрические) и нелинейные системы, автономные и неавтономные системы, консервативные и неконсервативные системы, системы с сосредоточенными и с распределенными параметрами.

Дифференциальные уравнения линейной многоконтурной цепи (вывод при помощи уравнений Лагранжа 2-го года). Рассмотрение частного случая: получение выражений для частот и коэффициентов затухания собственных колебаний двух индуктивно связанных контуров.

Дифференциальные уравнение одноконтурного генератора без автоматического смещения (в т.ч. частный случай, сводящийся к уравнениям Рэлея и Ван-дер-Поля).

Уравнение движения маятника. Уравнение системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) .

Квантовый генератор. Использование двухуровневой модели активной среды при выводе дифференциальных уравнений квантового генератора.

Особенности колебательных процессов, с которыми имеют дело в радиоастрономии. Источники космического радиоизлучения как динамические (колебательные) системы.

Основные этапы развития теории колебаний. Краткий обзор основных методов анализа динамических систем. Использование в теории колебаний методов, разработанных для решения задач небесной механики.

2. Устойчивость состояний равновесия динамических (колебательных) систем

Общее рассмотрение устойчивости состояния равновесия автономно й системы. Определение устойчивости состояния равновесия по Ляпунову. Уравнения первого приближения и условия их применимости.

Условия устойчивости состояний равновесия автономных линейной и нелинейной систем 2-го порядка.

Устойчивость состояний равновесия маятника и системы ФАПЧ. Устойчивость состояния равновесия и условие самовозбуждения квантового генератора.

3. Изучение динамических (колебательных) систем посредством фазового пространства

Понятие о фазовом пространстве. Интегральные кривые, описывающие движение системы, и фазовые траектории. Замкнутые траектории и периодические движения.

Особые точки в фазовом пространстве и состояния равновесия системы. Основные типы особых точек двумерных систем: центр, фокус, узел, седло. Особые точки смешанного типа. Индексы Пуанкаре.

Предельные циклы (устойчивые, неустойчивые, полуустойчивые). Устойчивый предельный цикл как разновидность аттрактора. Автоколебания в системах 2-го порядка и устойчивые предельные циклы. Теорема Пуанкаре-Бендиксона.

Аттракторы и странные аттракторы для установившихся периодических (либо почти периодических) и хаотических (стохастических) автоколебаний в системах З-го и более высокого порядка.

Рассмотрение примеров: фазовые портреты маятника, мультивибратора на туннельном диоде и др. Эволюция фазовых портретов при изменении параметров. Бифуркации динамических систем.

4. Установившиеся процессы в автономных автоколебательных системах

Основные определения; автоколебательная и потенциально-автоколебательная системы; томсоновская система как разновидность автогенератора резонансного типа и релаксационная система; одночастотный (моногармонический), двухчастотный (бигармонический) и более сложные режимы колебаний в нелинейных системах.

Средняя крутизна (по Кобзареву) и ее свойства. Случаи мягкой и жесткой характеристик.

Анализ установившихся колебаний квазилинейным методом (методом гармонического баланса). Основное уравнение для установившегося режима в автономном автогенераторе резонансного типа. Рассмотрение примеров: схема Мейснера, трехточечные (Колпитца, Хартли) и другие схемы.

Автоколебательная система с двумя степенями свободы. Явление эатягивания (частотного гистереэиса). Схема двухконтурного генератора без затягивания.

5. Неавтономные системы в состоянии установившихся

колебаний

Основное уравнение неавтономного генератора для установившихся колебаний с частотой внешней силы.

Резонансное воздействие внешней силы на регенеративную схему. Явление захватывания (синхронизации). Синхронизация и гипотеза А.М.Молчанова о синхронизированности движений больших планет Солнечной системы.

Асинхронные воздействия на автогенератор резонансного типа (асинхронные возбуждение и гашение колебаний). Конкуренция мод двухконтурного генератора. Резонансы 2-го и N-го рода.Резонансные явления в нелинейном колебательном контуре.

6. Метод медленно меняющихся амплитуд (ММА) и его приложение к анализу квазилинейных систем 2-го порядка

Общие соображения о характере колебаний в системах, близких к линейным и консервативным. Введение малого параметра для оценки медленности изменения амплитуд колебаний. Метод Ван-дер-Поля и метод усреднения как примеры асимптотических методов, родственных методу ММА. Процедура составления укороченных уравнений для случая системы с произвольным (конечным) числом степеней свободы.

Укороченные уравнения одноконтурного автогенератора без автоматического смещения и их интегрирование. Зависимость процесса установления от параметров схемы и начальных условий. Условия устойчивости стационарного автоколебательного режима.

Укороченные уравнения регенеративной схемы и условия устойчивости одночастотного режима колебаний с частотой внешней ЭДС (автоколебательная и потенциально-автоколебательная системы в случаях мягкой и жесткой характеристик).

Флуктуации амплитуды и фазы колебаний автогенератора резонансного типа. Спектр флуктуаций амплитуды и спектр колебания. Естественная ширина линии. Спектральная плотность частотных флуктуаций.

7. Анализ при помощи метода ММА квазилинейных систем З-го и более высоких порядков

-генератор с автоматическим смещением. Эволюция формы ха- рактеристики средней крутизны при изменении сопротивления в цепи автосмещения. Стационарный одночастотный режим и условия его устойчивости. Автоколебательные режимы, отличные от одночастотного (прерывистая генерация, автомодуляция и др.).

Укороченные уравнения двухконтурного генератора. Двухчастотный режим и его неустойчивость в случае мягкой характеристики. Устойчивость одночастотных режимов. Укороченные уравнения многоконтурных генераторов.

Укороченные уравнения квантового генератора. Выражения для частоты установившихся колебаний и стационарных значений амплитуды поля и разности населенностей. Способы получения инверсной заселенности. Устройство и принцип действия пучкового квантового генератора.

8. Параметрические системы

Основные принципы параметрического возбуждения и усиления колебаний. Теорема Флоке (Блоха) для уравнений с периодическими коэффициентами и общие интегралы уравнений Хилла и Матье. Устойчивость решений уравнения Матье и условие возбуждения параметрических колебаний.

Исследование одноконтурных параметрических генераторов и усилителей методом ММА. Синхронный (когерентный) и асинхронный (неко- герентный) усилительные режимы.

Соотношения Мэнли-Роу и анализ двухконтурного параметрического усилителя.

9. Колебания распределенных систем

Нелинейная распределенная система без потерь и без дисперсии. Решение в виде ударной волны.

Параметрические явления в распределенных системах. Генерация второй гармоники и другие эффекты при распространении света в нелинейной среде.

Лабораторные работы.

1. Исследование генератора с двумя степенями свободы.

2. Исследование томсоновской автоколебательной системы на двухполюснике с отрицательным сопротивлением.

3. Исследование резонанса второго рода.

4. Исследование LС-автогенератора на биполярном транзисторе.

5. Параметрические системы.

6. Исследование синхронизации генератора пилообразных колебаний синусоидальным напряжением.

7. Исследование нелинейного контура.

8. Исследование автогенераторов на туннельных диодах.

9. Регулярные и хаотические автоколебания генератора на синтезированной нелинейности.

Таблица 1. Распределение времени студентов по видам занятий

Литература:

Основная

1. Конторович М.И. Нелинейные колебания в радиотехнике. - М.: Сов. радио, 1973. - 320 с.

2. Мигулин В.В., Медведев В.Н., Мустель Е.Р., Парыгин В.Н. Основы теории колебаний. - М.: Наука, 1973. - 392 с.

3. Рабинович М.И., Трубецкое Д.И. Введение в теорию колебаний и волн. - М.: Наука, 1992. - 454 с.

Дополнительная

1. Андронов А.А., Витт А.А., Хайкин С.Э. Теория колебаний. - М.: Фичматгич, 1959.

2. Бутенин Н.В., Неймарк Ю.И., Фуфаев Н.А. Введение в теорию нелинейных колебаний. - М.: Наука, 1987. - Зй4 с.

3. Капранов М.В., Кулешов В.Н., Уткин Г.М. Теория колебаний в радиотехнике. - М.: Наука, 19б4. - 320 с.

4. Конторович М.И. Операционное исчисление и процессы в электрических цепях. - М.: Сов.радио, 1975. - 320 с.

5. Ланда П. С. Автоколебания в системах с конечным числом степеней свободы. - М.: Наука, 1980.

6. Мандельштам Л.И. Лекции по теории колебаний. - М.: Наука, 1972. - 472 с.

7. Мандельштам Л.И. Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механике. - М.: Наука, 1972.

8. Мартынов Б.А., Молотков В.И. Резонансные явления в электрических цепях с нелинейными элементами. - Л.: ЛПИ, 1982. - 68 с.

9. Николаев В.М. Нелинейная оптика. - Л.: ЛПИ, 1982. - 84 с.

10. Страховский Г.М., Успенский А.В. Основы квантовой электроники. - М.: Высш.шк., 1973.

1.3.04 Дисциплина Б3.В.04 «Специальные вопросы радиоэлектроники »

Общая трудоёмкость изучения дисциплины составляет 3 зач. ед. (72 часа)

1. Цели и задачи изучения дисциплины

Целью изучения дисциплины является формирование у студента профессиональных компетенций в области - фундаментальных основ радиоэлектроники, необходимых для подготовки бакалавров, способных к использованию и созданию современных СВЧ радиоэектронных устройств.

2. Место дисциплины в рабочем учебном плане

Классификация и структурные схемы основных видов радиотехнических систем.

Типы и характеристики базовых элементов транзисторных логик: ключи на биполярном транзисторе и полевом транзисторе с барьером Шоттки, МОП- и КМОП-ключи, переключатели тока, нагрузочная способность и быстродействие ключей, схемы включения; основные семейства цифровых микросхем, параметры и характеристики, базовые элементы серий ДТЛ, ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ, ИЛИ, логические элементы на ДМОП- и КМОП-ключах,тристабильная схема, расширители, многоуровневые логические элементы.

Устройства приема и обработки сигналов: структурные схемы и основные характеристики радиоприемных устройств, приемники прямого усиления и супергетеродинные приемники; транзисторные и диодные (резистивные и параметрические) преобразователи частоты, балансные схемы; шумы и чувствительность радиоприемных устройств, коэффициент шума и шумовая температура, шумовые параметры транзисторов, согласование усилителя по шумам и по мощности; диодные и транзисторные детекторы амплитудно-модулированных колебаний,импульсно-счетная и другие схемы частотных детекторов, балансные фазовые детекторы на диодах, транзисторах и логических элементах; автоматическая регулировка усиления и автоматические подстройки частоты (частотная и фазовая) в радиоприемных устройствах.

Основные методы приема радиоастрономических сигналов, принципы построения радиометров.

3. Основные дидактические единицы (разделы)

Разделы дисциплины по РПД

Объем занятий, час

Л

ПЗ

СР

1

Особенности свойств материалов на сверхвысоких частотах (СВЧ)

2

2

2

2

Линии передачи и электродинамические структуры, используемые в СВЧ электронике

3

3

3

3

Особенности протекания токов и взаимодействия электронов с СВЧ полями; основные идеи создания СВЧ устройств

4

4

4

4

Устройства с электростатическим сеточным управлением, устройства О-типа, устройства магнетронного типа, типичные релятивистские устройства;

4

4

4

5

Волновые и колебательные явления в электронных потоках СВЧ устройств; формирование электронных потоков для основных типов СВЧ устройств и особенности коллективных процессов в реализуемых на практике потоках; влияние коллективных процессов на характеристики СВЧ устройств

3

3

3

6

Ионные и плазменные процессы в вакуумных СВЧ устройствах и их влияние на их функционирование.

2

2

2

Общая трудоемкость 72 час

18

18

18

В результате изучения дисциплины студенты должны:

знать:

- физические основы вакуумной СВЧ электроники;

- принципы создания и механизмы работы важнейших типов СВЧ приборов и устройств;

уметь:

- определять достижимые характеристики основных типов СВЧ устройств;

- оценивать области возможного их применения;

владеть:

- навыками практического использования методов оценки характеристик СВЧ-устройств различного назначения;

Иметь представление:

- об использовании средств и методов СВЧ электроники в практической деятельности;

- об основных научно-технических проблемах и перспективах развития СВЧ электроники.

4. Объем дисциплины по видам учебной работы и формы контроля

Виды занятий и формы контроля

Объем по семестрам

7-й семестр

Лекции, ч/нед

2

Практические занятия, ч/нед

2

Самостоятельные занятия, ч/нед

2

Экзамены, шт/сем

1

Общая трудоемкость дисциплины составляет 72 часа.


1.3.05 Дисциплина Б3.В.05 «Волновые процессы »

Общая трудоёмкость изучения дисциплины составляет 2 зач. ед. (65 часов)

1. Цели и задачи изучения дисциплины

Волновые процессы суть процессы возбуждения (излучения), распространения, дифракции и интерференции волн. Физическая сущность волн различна. 'Это акустические волны в газах и жидкостях, волны упругих деформаций в твердых телах, электромагнитные волны. В некоторых средах (плазма, пьезоэлектрик) акустические и электромагнитные волны связаны в единый волновой процесс.

Специалистам в области радиотехники и телекоммуникаций необходимо овладеть понятиями и методами теории волновых процессов как для формирования научного мировоззрения, так и для решения задач связи, локации (в широком смысле), осуществляемых с помощью электромагнитных или акустических волн, обработки информации в волноведущих системах, включая системы акусто- и опто-электроники. В результате изучения дисциплины студент должен:

- ясно понимать физическую сущность волновых процессов;

- уметь выделить общие закономерности, присущие волновым процессам разной природы и их специфические свойства;

- свободно владеть основными методами анализа волновых процессов;

- понимать значение фундаментального характера основных положений теории волновых процессов для выработки правильного методологического подхода к решению научных и технических проблем радиоэлектроники.

2. Место дисциплины в системе дисциплин учебного плана

Дисциплина изучается в 7-м семестре.

Изложение курса основывается на материалах, изучавшихся ранее и изучаемых параллельно в курсах математики, физики, радиофизики, математической и теоретической физики.

Специфической особенностью является сложный математический аппарат, используемый при изложении курса, а также разнообразие анализируемых физических процессов.

.

3. Объем дисциплины по видам учебной работы и формы контроля

Виды занятий и формы

контроля

7 сем.

Лекции, ч/нед.

2

Практические занятия, ч/нед.

1

Контрольные работы

1

Проверочные работы

1

Зачеты

1

Экзамены

1

4. Содержание дисциплины

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий