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 - - - -
курсовая работа 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.
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.
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.
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.
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.
Семестровая курсовая работа – 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.
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
Основная литература
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.
И.П. Степаненко. Основы микроэлектроники. Учебное пособие. М. Сов. радио: 1998. - 320 с., ил.
В.А. Завадский. Компьютерная электроника. - К.: ВЕК, 1996. - 368 с., ил.
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
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.
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.
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 курсовая работа 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
отдела /Н.В. Васильев/