Негосударственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Московский институт
энергобезопасности и энергосбережения
Кафедра
Электротехника и Электроника
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Методические указания
к дисциплине и задания к контрольной работе для студентов заочной формы обучения по специальности140211 «Электроснабжение»
Учебно-методический комплекс
Часть 2.
Москва 2007
ОГЛАВЛЕНИЕ стр.
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 3
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ
ДИСЦИПЛИНЫ 3
3. ПЛАН РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ 4
4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4
5. ТЕМЫ СЕМИНАРСКИХ ИЛИ
ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ 10
6. ТЕМЫ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ 10
7. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА 10
8. ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАЧЕТУ 11
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Целями и задачами изучения дисциплины «Информационно-измерительная техника и электроника» являются:
- усвоение студентами общих теоретических знаний в данной области;
- формирование представления о принципах построения измерительных и электронных схем;
- ознакомление студентов с основными понятиями в данной области знаний;
- формирование целостного системного представления о современном состоянии электроники и информационно измерительной техники;
- приобретение некоторых практических знаний и навыков в данной области.
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате изучения дисциплины «Информационно-измерительная техника и электроника» у студентов должно сложиться правильное представление о роли этого направления в промышленности и быту.
Студенты должны знать основные теоретические понятия в данной области.
Студенты должны уметь грамотно проводить измерения различных электрических величин и составлять измерительные, электрические и электронные схемы.
Студенты должны иметь навыки оценки погрешностей при проведении простейших измерений.
3. ПЛАН РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ
| Виды занятий | Лекции (час) | Лабораторные работы (час) | Практи-ческие занятия (час) | Контрольные работы по отдельным темам |
| Часы по плану | Тема 1.- 2 Тема 2.- 2 Тема 3.- 2 Тема 4.- 2 Тема 5.- 4 Тема 6.- 2 Тема 7.- 2 Тема 8.- 4 | Лаб.раб. №1 - 2 Лаб. раб №2 - 2 Лаб.раб. №3 - 2 Лаб. раб №4 - 2 | - | 1 1 |
| Виды контро-ля | Посещение лекций | Зашита лабораторных работ | Представ-ление работы и проверка |
Лекция 1.
Тема 1.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ЭЛЕКТРОНИКИ И
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ
Содержание понятия “электроника” и место электроники в подготовке инженера-энергетика. Электронные методы преобразования информации и энергии и их достоинства.
Полупроводниковые приборы: диоды, транзисторы, тиристоры, интегральные микросхемы. Характеристики и предельные параметры полупроводниковых приборов, их разновидности: выпрямительные диоды, стабилитроны, свето- и фотодиоды, биполярные и полевые транзисторы, тиристоры и т.д.
Вопросы для самопроверки:
Представьте элементную базу полупроводниковой электроники.
Что такое вольт-амперная характеристика и каковы основные параметры диода?
Нарисуйте входные и выходные характеристики биполярного транзистора.
Как выглядит вольт-амперная характеристика и каковы основные параметры тиристора?
Что такое интегральная микросхема и каковы технологические основы их изготовления?
Тема 2. ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Основные понятия. Однофазные выпрямители.Однополупериодный выпрямитель.Выпрямитель со средней точкой.Мостовая схема выпрямителя.Сглаживающие фильтры. Внешние характеристики выпрямителей.
Трехфазные выпрямители. Трехфазная схема выпрямителя с нейтральным выводом. Трехфазная мостовая схема (Ларионова). Управляемый выпрямитель.
Вопросы для самопроверки:
1.Каково назначение выпрямителей и их основные параметры?
2. Сравните однополупериодный и двухполупериодный выпрямители. Каковы их достоинства и недостатки?
3. Объясните принципы действия RC и RL фильтров.
4. Объясните характер внешней характеристики различных типов выпрямителей.
5. В чем состоят преимущества трехфазных выпрямителей?
Лекция 2.
Тема 3. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Основные понятия и параметры усилителей. Усилители на транзисторах: передаточная характеристика каскада с общим эмиттером, классы усиления, усилители переменного тока, режим покоя. Схема замещения усилителя, основные показатели усилителя, частотные характеристики усилителя.Графо-аналитический расчет однокаскадного усилителя с общим эмиттером. Многокаскадные усилители.
Вопросы для самопроверки:
Из каких элементов состоит усилительный каскад?
С какой целью применяются многокаскадные усилители?
Что такое коэффициент усиления и амплитудно-частотная характеристика усилителя?
Что такое нелинейные искажения и амплитудная характеристика усилителя?
Как определить коэффициент усиления многокаскадного усилителя и что такое частотные искажения?
Каково влияние емкостных элементов усилителя на амплитудно-частотную характеристику усилителя?
Тема 4. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ
Обратные связи в усилителях. Виды обратных связей (ОС), влияние ОС на параметры усилителей, примеры ОС в усилителях на транзисторах.
Операционный усилитель (ОУ), устройство, параметры, передаточная характеристика ОУ, параметры ОУ, Компараторы на ОУ, полупроводниковое реле на ОУ. Неинвертирующий и инвертирующий усилители, сумматоры. Мультивибратор на ОУ. Интегратор на ОУ.
Вопросы для самопроверки:
Что такое операционный усилитель (ОУ) и каковы его характеристики?
Что такое обратные связи и как определить их влияние на работу ОУ?
В чем состоит отличие работы ОУ в линейном и нелинейном (импульсном) режимах?
Как построить генератор на ОУ?
Лекция 3.
Тема 5. ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
Ключевой режим работы транзистора.
Прохождение импульсных сигналов через RC-цепи.
Основные логические функции и их реализация. Типовой логический элемент И-НЕ. Комбинационные логические схемы, составление, минимизация и приведение к базису И-НЕ логических уравнений.
Триггеры RS, JK, D, T. Постоянные и оперативные запоминающие устройства, регистры, счетчики. Шифраторы и дешифраторы, преобразователи кодов. Двоичный, двоично-десятичный и шестнадцатеричный коды.
Газоразрядные, люминесцентные и полупроводниковые световые индикаторы и схемы их управления.
Арифметические и логические операции с многоразрядными кодами. Арифметическо-логическое устройство. Структурная схема микропроцессора и микро-ЭВМ.
Вопросы для самопроверки:
Объясните принцип действия электронного ключа на базе транзистора?
Составьте таблицы истинности для основных логических элементов И, ИЛИ, НЕ.
Составьте и объясните таблицу состояний RS- триггера.
Как построить двоичный и двоично-десятичный счетчики?
Что такое шифраторы и дешифраторы?
Объясните структурную схему микропроцессора и принципы его функционирования?
Лекция 4.
Тема6.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ИИТ
Основные понятия и классификация средств измерения. Характеристики измерительных приборов. Общие вопросы оценки погрешностей при проведении измерительного эксперимента (ИЭ). Разновидности оценок погрешностей ИЭ: результата ИЭ или технических средств, используемых при ИЭ; по пределам допускаемых значений или по законам распределения исходных величин; прямых или косвенных измерений. Формы представления результатов. Расчет погрешностей косвенных измерений.
Вопросы для самопроверки:
Как можно классифицировать средства измерений?
Каковы основные характеристики измерительных приборов?
Как оцениваются погрешности в измерительном эксперименте?
Приведите простейший пример расчета погрешностей при косвенных измерениях.
Тема 7. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
Классификация электрических измерительных приборов. Основные принципы построения электромеханических измерительных приборов. Структурная схема и общая характеристика отдельных узлов. Измерение тока (амперметры) и напряжения (вольтметры): шунты, добавочные сопротивления, делители, измерительные трансформаторы. Измерение мощности (ваттметры) электрической цепи. Измерение сопротивления, индуктивности и емкости. Простейшие методы. Мосты и потенциометры постоянного тока. Мосты переменного тока.
Вопросы для самопроверки:
Что такое электромеханический измерительный механизм и какие системы механизма известны?
Как построить вольтметр на основе магнито-электрического измерительного механизма?
Как построить амперметр на основе магнито-электрического измерительного механизма?
В чем состоит принцип действия электромеханического ваттметра?
Каковы простейшие методы измерения сопротивления, индуктивности и емкости?
В чем преимущества мостовых способов измерения?
Лекция 5.
Тема 8. ЭЛЕКТРОННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Электронные измерительные приборы. Электронные усилители и вольтметры постоянного и переменного тока. Электронно-лучевые осциллографы.
Цифровые измерительные приборы. Основные характеристики аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей, цифровых измерительных приборов (ЦИП). ЦИП для измерения частоты и периода. ЦИП для измерения напряжения и силы тока постоянного и переменного. Помехи нормального и общего вида, методы борьбы с ними в ЦИП. ЦИП со встроенными микро-ЭВМ. Регистрирующие ЦИП. Информационно-измерительные системы, интерфейсы.
Вопросы для самопроверки:
Какими преимуществами обладают аналоговые электронные измерительные приборы?
Объясните с помощью блок-схемы принципы функционирования электронного осциллографа.
Каковы принципы создания цифровых измерительных приборов (ЦИП)? Что такое АЦП?
Объясните принцип измерения частоты и времени с помощью ЦИП.
Что такое информационно-измерительные системы и каковы их функции?
Для чего введено понятие «интерфейс» и в чем его сущность?
5. ТЕМЫ СЕМИНАРСКИХ ИЛИ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
5.1. Лабораторно-практические работы №1-2.
Измерение параметров электрических цепей.
Осциллографические измерения.
5.2. Лабораторно-практические работы №3-4.
Операционные усилители.
Элементы цифровой электроники.
5.3. Расчет однокаскадного усилителя
5.4. Расчет погрешностей при косвенных измерениях
6. ТЕМЫ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
6.1. Графо-аналитический расчет однокаскадного усилителя.
6.2. Обработка результатов лабораторно-практических работ.
7. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
7.1. Основная литература
7.1.1. Раннев Г.Г. Информационно-измерительная техника и электроника. Учебное пособие для вузов, -М: Издательский центр «Академия», 2006.
7.1.2. Прянишников В. Электроника. Курс лекций, -М: Корона, 2007.
7.2. Дополнительная литература
7.2.1. Лачин В. Электроника. Учебное пособие для вузов, -М: Феникс, 2005.
7.2.2. Электротехника и электроника. Кн.3. Электрические измерения и основы электроники. Учебник для вузов. –М: Энергоатомиздат, 1998.
7.3. Методические пособия и указания
7.3.1. Белов Н.В. Виртуальная лаборатория электротехники и электроники. Учебно-методическое пособие, -М: МИЭЭ,2006.
7.3.2. Белов Н.В. Методические указания по выполнению и задания к контрольной работе, -М: МИЭЭ, 2007.
8. ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАЧЕТУ.
8.1.Электроника
Представьте элементную базу полупроводниковой электроники.
Что такое вольт-амперная характеристика и каковы основные параметры диода?
Нарисуйте входные и выходные характеристики биполярного транзистора.
Как выглядит вольт-амперная характеристика и каковы основные параметры тиристора?
Что такое интегральная микросхема и каковы технологические основы их изготовления?
6. Каково назначение выпрямителей и их основные параметры?
7. Сравните однополупериодный и двухполупериодный выпрямители. Каковы их достоинства и недостатки?
8. Объясните принципы действия RC и RL фильтров.
9. Объясните характер внешней характеристики различных типов выпрямителей.
10. В чем состоят преимущества трехфазных выпрямителей?
Из каких элементов состоит усилительный каскад?
С какой целью применяются многокаскадные усилители?
Что такое коэффициент усиления и амплитудно-частотная характеристика усилителя?
Что такое нелинейные искажения и амплитудная характеристика усилителя?
Как определить коэффициент усиления многокаскадного усилителя и что такое частотные искажения?
Каково влияние емкостных элементов усилителя на амплитудно-частотную характеристику усилителя?
Что такое операционный усилитель (ОУ) и каковы его характеристики?
Что такое обратные связи и как определить их влияние на работу ОУ?
В чем состоит отличие работы ОУ в линейном и нелинейном (импульсном) режимах?
Как построить генератор на ОУ?
Объясните принцип действия электронного ключа на базе транзистора?
Составьте таблицы истинности для основных логических элементов И, ИЛИ, НЕ.
Составьте и объясните таблицу состояний RS- триггера.
Как построить двоичный и двоично-десятичный счетчики?
Что такое шифраторы и дешифраторы?
Объясните структурную схему микропроцессора и принципы его функционирования?
8.2.Информационно-измерительная техника
Что такое электромеханический измерительный механизм и какие системы механизмов известны?
Как построить вольтметр на основе магнито-электрического измерительного механизма?
Как построить амперметр на основе магнито-электрического измерительного механизма?
В чем состоит принцип действия электромеханического ваттметра?
Каковы простейшие методы измерения сопротивления, индуктивности и емкости?
В чем преимущества мостовых способов измерения?
Какими преимуществами обладают аналоговые электронные измерительные приборы?
Объясните с помощью блок-схемы принципы функционирования электронного осциллографа.
Каковы принципы создания цифровых измерительных приборов (ЦИП)? Что такое АЦП?
Объясните принцип измерения частоты и времени с помощью ЦИП.
Что такое информационно-измерительные системы и каковы их функции?
Для чего введено понятие «интерфейс» и в чем его сущность?
12