Электротехника и электроника ч. 2

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано
Утверждаю
___________________
Руководитель ООП
по направлению 221700
проф. Литвинов Б.Я.
_______________________
Зав. кафедрой ЭС
проф. В.А. Шпенст
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Электротехника и электроника ч. 2»
Направление подготовки бакалавра
221700.62. стандартизация и метрология
Профиль подготовки
Метрология и метрологическое обеспечение
Квалификация выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Составители: доцент каф. ЭС И.И. Растворова
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
1. Цели и задачи дисциплины:
Цель дисциплины «Электротехника и электроника ч.2.» направления подготовки
бакалавра 221700.62. стандартизация и метрология является: дать студентам
необходимый объем знаний для понимания физических процессов, происходящих в
полупроводниковых материалах и полупроводниковых приборах, а также принципов
работы и построения различных электронных и электронно-усилительных устройств на
полупроводниковых приборах и привить практические навыки исследования
транзисторов и усилительных каскадов на их основе.
2. Место дисциплины в структуре ООП:
Дисциплина «электротехника и электроника ч.2.» относится к базовому циклу
циклу блока Б3, изучается в четвертом семестре.
Для освоения этой учебной дисциплины требуется предварительная подготовка по
учебных дисциплинам «Физика», «Химия». Данная дисциплина является основой для
изучения дисциплин «Основы технического регулирования», «Автоматизация измерений,
контроля и испытаний», «Вычислительная и микропроцессорная техника».
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
компетенций:
 принимать участие в моделировании процессов и средств измерений, испытаний
и контроля с использованием стандартных пакетов и средств автоматизированного
проектирования (ПК-19);
 производить сбор и анализ исходных информационных данных для
проектирования средств измерения, контроля и испытаний (ПК-22);
 принимать участие в работах по расчету и проектированию деталей и узлов
разрабатываемых средств измерений, испытаний иконтроля в соответствии с
техническими заданиями и использованием стандартных средств автоматизации
проектирования (ПК-23);
 разрабатывать рабочую проектную и техническую документацию, оформлять
законченные проектно-конструкторские работы с проверкой соответствия
разрабатываемых проектов и техническойдокументации стандартам, техническим
условиям и другим нормативным документам; проводить метрологическую
экспертизу конструкторскойи технологической документации (ПК-24);
 участвовать в организации работы по повышению научно-технических знаний, в
развитии творческой инициативы, рационализаторской и изобретательской
деятельности, во внедрении достижений отечественной и зарубежной науки,
техники, в использовании передового опыта, обеспечивающих эффективную работу
учреждения, предприятия (ПК-26).
В результате изучения дисциплины студент должен:
- основные типы и области применения электронных приборов и устройств.
- параметры современных полупроводниковых устройств: усилителей, генераторов,
вторичных источников питания, цифровых преобразователей.
- параметры современных полупроводниковых устройств: усилителей, генераторов,
вторичных источников питания, цифровых преобразователей, микропроцессорных
управляющих и измерительных комплексов;
уметь:
- правильно выбирать для своих применений необходимые электронные приборы,
- читать электрические и электронные схемы, грамотно применять в своей работе
электронные устройства и приборы,
- составлять простые электронные схемы,
- грамотно применять в своей работе электронные устройства и приборы.
понимать:
принципы работы современных электронных устройств и
микропроцессорных систем; специфику работы современных микропроцессорных
управляющих систем.
Владеть
информацией о новейших разработках
в области создания и
использования материалов электронной техники.
.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет ____3____ зачетные единицы.
Всего
часов
Семестры
Аудиторные занятия (всего)
54
54
Лекций
18
18
Практические занятия (ПЗ)
18
18
Лабораторные работы (ЛР)
18
18
Самостоятельная работа (всего)
54
54
20
20
Экзамен
Экзамен
108
108
3
3
Вид учебной работы
4
В том числе:
Реферат
Другие виды самостоятельной работы
Подготовка к практическим занятиям,
лабораторным работам, выполнение проверочных
работ для текущего контроля знаний.
Вид промежуточной аттестации (экзамен, зачёт)
Общая трудоемкость
час
зач. ед.
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
п/п
1
2
Наименование раздела
Содержание раздела
дисциплины
Элементная
база 1.1.
Пассивные
компоненты
электронных
преобразователей напряжения и тока. Резисторы.
современных
Конденсаторы. Катушки индуктивности.
электронных
Рабочий режим пассивных компонентов в цепях R-R, R-C,
устройств
R-L – делителей напряжения.
Полупроводниковые диоды. Рабочий режим диода в R-D –
делителе напряжения, использование его для выпрямления
переменного напряжения и ограничения амплитуды
1.2.
Активные
компоненты
электронных
преобразователей. Биполярные транзисторы. Устройство,
принцип действия, вольт–амперная характеристика (ВАХ)
транзистора. Рабочий режим транзистора (работа в цепи
активного делителя напряжения). Типовые транзисторные
каскады и узлы. Усиление гармонического сигнала,
ключевой режим.
Тиристоры. Структура, принцип действия, ВАХ, рабочий
режим. Краткие сведения о газоразрядных приборах,
туннельных диодах и однопереходных транзисторах.
Полевые транзисторы с изолированным затвором и
управляемые переходным слоем. Приборы, управляемые
напряжением. Структура, принцип действия, ВАХ. Рабочий
режим
полевых
транзисторов
при
усилении
гармонического сигнала и в качестве электронного ключа.
Биполярные
транзисторы
с
изолированным
затвором.
Электровакуумные газоразрядные приборы. Электронные
лампы, электронно-лучевые трубки.
Аналого-цифровые
2.1. Аналоговые преобразователи электрических
сигналов.
Основные
функции
при
аналоговом
преобразователи
преобразовании
сигналов
(усиление,
генерация,
ограничение,
сравнение
сигналов,
выполнение
математических
преобразований
над
сигналами,
фильтрация, аналоговая коммутация и преобразование
импедансов электрических цепей).
Усилители электрических сигналов. Усилительные
каскады переменного и постоянного тока. Частотные и
переходные
характеристики.
Обратные
связи
в
усилительных устройствах.
Операционный
усилитель
(ОУ)
основной
унифицированный модуль для построения аналоговых
преобразователей. Аналоговая схемотехника на основе ОУ.
Аналоговая схемотехника на основе операционных
усилителей. Усилители, линейные и нелинейные
преобразователи, генераторы.
Импульсные и автогенераторые устройства
2.2. Цифровые преобразователи электрических
сигналов. Основы цифровой электроники. Цифровые
ключи. Способы кодирования информации. Логические и
запоминающие цифровые элементы. Логические элементы
И, ИЛИ, НЕ и триггерная бистабильная ячейка R-S.
Основные функции аналого-цифрового и цифрового
преобразования сигналов (квантование, дискретизация,
осуществление логических операций и хранение цифровой
информации, кодирование и дешифрация, преобразование
кодов, цифровое сравнение двоичных чисел, выполнение
математических операций с двоичными числами, деление
частоты и счёт тактовых импульсов, распределение
информации по линиям связи и пр.)
3
4
Микропроцессорная
техника
Источники
вторичного
электропитания
Микропроцессоры и микроконтроллеры
Микропроцессорные средства. Общая структура и
классификация
микропроцессоров
(МП)
и
микропроцессорных систем (МПС). Режимы работы МПС.
Однокристальный
микропроцессор.
Интерфейсные
устройства и организация ввода - вывода. Контроллеры
прерываний и прямого доступа к памяти
Управляемые
выпрямители.
Системы
управления
выпрямителями. Инверторы. Сглаживающие фильтры.
Стабилизаторы напряжения.
Электромагнитная совместимость электронных приборов.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
.
№
п/п
1
2
Наименование
обеспечиваемых
(последующих)
дисциплин
Основы
технического
регулирования
Автоматизация измерений,
контроля и испытаний
Вычислительная
и
микропроцессорная
техника
№ № разделов данной дисциплины, необходимых
для изучения последующих дисциплин
1
2
3
4
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
п/п
Наименование раздела
дисциплины
Лекции
Практ. Лаб.
зан.
зан.
СРС
Всего
час.
6
6
8
13
33
2
Элементная база современных
электронных устройств
Аналого-цифровые преобразователи
4
-
4
14
22
3
Микропроцессорная техника
4
6
-
14
24
4
Источники
электропитания
4
6
6
13
29
1
вторичного
6. Лабораторный практикум
№
п/п
№ раздела
дисциплины
Наименование лабораторных работ
1
1
Исследование полупроводниковых диодов
2
1
Исследование биполярных транзисторов
3
1
Исследование тиристоров
4
1
Исследование полевых транзисторов
5
2
Исследование операционного усилителя
6
2
Исследование триггера
7
4
Исследование характеристик инвертора
8
4
Исследование характеристик выпрямителя
7. Практические занятия (семинары)
№
п/п
№ раздела
дисциплины
1
1
2
1
3
1
4
3
5
4
Тематика практических занятий (семинаров)
Задачи по расчету усилительных и ключевых
режимов на биполярных и полевых транзисторах
Задачи по расчету пассивных полупроводниковых
приборов
Задачи по расчету активных полупроводниковых
приборов
Общая структура и классификация
микропроцессоров (МП) и микропроцессорных
систем (МПС).
Расчёт выпрямительного устройства.
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)
Не предусмотрено
Трудоемкость
(час.)
2
2
2
6
6
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
9.1. Основная литература
1. Электроника: учеб. пособие для вузов/ В. И. Лачин, Н. С. Савелов. - Изд. 7-е. - Ростов
н/Д: Феникс, 2009. - 703 с.
2. Гусев, В. Г. Электроника и микропроцессорная техника: учебник для вузов/ В. Г.
Гусев, Ю. М. Гусев. - Изд. 5-е, стер. - М.: Высш. шк., 2008.
3. Приборы физической электроники: учеб. пособие для вузов/ [А. И. Астайкин [и др.] ;
под ред. А. И. Астайкина. - М.: Высш. шк., 2008.
9.2. Дополнительная литература
4. Пихтин А.Н. Оптическая и квантовая электроника. – М.: Высшая школа, 2001. - 573 с.
1. Жеребцов И. П. Основы электроники. Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние., 1989
2. В.В. Толмачев, Ф.В. Скрипник Физические основы электроники, Ижевск - "Регулярная
и хаотическая динамика", 2009
3. Вакуумная и плазменная электроника: учеб.- метод. комплекс, информ. ресурсы
дисциплины, метод. указания к выполнению лаб. работ/ Федер. агентство по образованию,
СЗТУ, Каф. ПЭ; сост. А. Л. Камышев. - СПб.: Изд-во СЗТУ, 2008.
4. Сушков, А. Д., Вакуумная электроника : физико-технические основы: учеб. пособие для
вузов/ А. Д. Сушков. - СПб.: Лань, 2004
5. Свечников Г.М. Твердотельные электронные приборы. -СПб.: СЗПИ,1994.
6. Электронные приборы. /Под ред. Г.Г. Шишкина - М.: Высш. школа, 1989
7. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. -М.: Высш. школа, 1991
8. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник
/под ред. В.Л. Перельмана. -М.: Радио и связь, 1991.
9.3. Доступ к полнотекстовым базам данных из сети Интранет СПГГУ:
- БД JSTOR полнотекстовая база англоязычных научных журналов www.jstor.org
- Научная электронная библиотека www.eLibrary.ru (доступ к полным текстам ряда
научных журналов с 2007 по 2009 г. )
9.4. Электронные ресурсы других библиотек:
Национальные отечественныеи зарубежные библиотеки
1. Российская государственная библиотека http://www.rsl.ru
2. Российская национальная библиотека http://www.nlr.ru
3. Всероссийская государственная библиотека иностранной литературы
им. М.И.Рудомино http://www.libfl.ru
4. Библиотека Академии Наук http://www.rasl.ru
5. Библиотека РАН по естественным наукам http://www.benran.ru
6. Государственная публичная научно-техническая библиотека http://www.gpntb.ru
7. Государственная публичная научно-техническая библиотека Сибирского отделения
РАН http://www.spsl.nsc.ru/
8. Центральная научная библиотека Дальневосточного отделения РАН
http://lib.febras.ru
9. Центральная научная библиотека Уральского отделения РАН http://www.uran.ru
10. Библиотека Конгресса http://www.loc.gov/index.html
11. Британская национальная библиотека http://www.bl.uk
12. Французская национальная библиотека http://www.bnf.fr
13. Немецкая национальная библиотека http://www.ddb.de
14. Библиотечная сеть учреждений науки и образования RUSLANet
http://www.ruslan.ru:8001/rus/rcls/resources
15. Центральная городская универсальная библиотека им. В.Маяковского
http://www.pl.spb.ru
16. Научная библиотека им. М.Горького Санкт-Петербургского Государственного
университета (СПбГУ) http://www.lib.pu.ru
Фундаментальная
библиотека
Санкт-Петербургского
Государственного
Политехнического университета (СПбГПУ) http://www.unilib.neva.ru/rus/lib/
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории,
снабженной мультимедийными средствами для презентаций лекций, видеофайлов
практических занятий и демонстрационных лабораторных работ.
Проведение лабораторных занятий требует наличия специализированных учебных
стендов по заявленной номенклатуре лабораторных работ, оснащённых современной
контрольно-измерительной аппаратурой.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом
рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки бакалавра 221700.62.
стандартизация и метрология.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Изучение дисциплины производится в тематической последовательности. Студенты
очной формы обучения работают в соответствии с временным режимом, установленным
учебным рабочим планом для данных форм обучения. Информация о временном графике
работ сообщается преподавателем на установочной лекции. Преподаватель дает указания
также по организации самостоятельной работы студентов, срокам сдачи контрольных
работ, выполнения лабораторных работ и проведения тестирования.
Методика и последовательность изучения дисциплины соответствуют перечню
содержания разделов дисциплины. Материал каждой темы насыщен математическими
соотношениями, физическая интерпретация которых зачастую достаточно сложна,
поэтому изучение материала требует серьезной, вдумчивой работы.
Изучать дисциплину рекомендуется по темам, предварительно ознакомившись с
содержанием каждой из них по программе учебной дисциплины. При первом чтении
следует стремиться к получению общего представления об изучаемых вопросах, а также
отметить трудные и неясные моменты. При повторном изучении темы необходимо
освоить все теоретические положения, математические зависимости и выводы.
Рекомендуется вникать в сущность того или иного вопроса, но не пытаться запомнить
отдельные факты и явления. Изучение любого вопроса на уровне сущности, а не на уровне
отдельных явлений, способствует наиболее глубокому и прочному усвоению материала.
Для более эффективного запоминания и усвоения изучаемого материала, полезно иметь
рабочую тетрадь (можно использовать лекционный конспект) и заносить в нее
формулировки законов и основных понятий, новые незнакомые термины и названия,
формулы, уравнения, математические зависимости и их выводы. Целесообразно
систематизировать изучаемый материал, проводить обобщения разнообразных фактов,
сводить их в таблицы. Подобная методика облегчает запоминание и уменьшает объем
конспектируемого материала. До тех пор пока тот или иной раздел не усвоен, переходить
к изучению новых разделов не следует. Краткий конспект курса будет полезен при
повторении материала в период подготовки к экзамену.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Рабочая программа предусматривает возможность обучения в рамках поточногрупповой системы обучения. Для текущего контроля успеваемости используется устный
опрос.
Разработчик:
Каф. ЭС
доцент
Растворова И.И.