Программа курса «Введение в электронику

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Московский физико-технический институт
( государственный университет )
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
Ю.А. Самарский
24 июня 2005 г.
ПРОГРАММА
по курсу ВВЕДЕНИЕ В ЭЛЕКТРОНИКУ
по направлению 511600
факультет ФПФЭ
кафедра радиотехники
курс II
семестры 3, 4
лекции – нет
Экзамен – нет
практические (семинарские)
занятия – нет
Зачет с оценкой – 3, 4 семестр
лекционно-лабораторные
занятия – 165 (час)
Самостоятельная работа –
2 часа в неделю
ВСЕГО ЧАСОВ – 165
Программу составил к.ф.-м.н., доц. В.В. Рождественский
Программа утверждена на заседании кафедры радиотехники
20 мая 2005 года
Заведующий кафедрой Э.М. Габидулин
1. Введение
Роль электроники в экспериментальной физике. Структура
измерительной системы в физическом эксперименте. Датчики
физических величин. Прохождение электрического сигнала через
линейный
четырехполюсник.
Принцип
суперпозиции.
Спектральный и временной подход к нахождению отклика.
Частотная и переходная характеристики четырехполюсника.
Интеграл суперпозиции.
Резистивные усилители электрических сигналов
на транзисторах
2.1. Принцип действия и вольт-амперные характеристики
биполярного и полевого транзисторов. Характеристики
транзисторов для малых сигналов. Схемы однокаскадных
усилителей на транзисторах. Режим по постоянному току.
Эквивалентные схемы для малых сигналов с учетом
инерционных свойств транзистора и малых паразитных
параметров усилителя. Основные параметры однокаскадных
усилителей: частотная и переходная характеристики, входной и
выходной импедансы. Двухкаскадный усилитель. Расчет его
характеристик по характеристикам каскадов. Многокаскадные
усилители.
2.2. Обратные связи в усилителях. Виды обратных связей.
Влияние отрицательной обратной связи на основные параметры
усилителя. Глубокая отрицательная обратная связь. Усилитель
тока. Усилитель с несколькими обратными связями, метод
расчета его характеристик. Устойчивость усилителей с
обратными связями. Критерий Найквиста.
2.3. Операционные усилители (ОУ). Схемотехника и
основные параметры интегральных ОУ. Устойчивость ОУ при
введении частотно-независимой отрицательной обратной связи.
Необходимость коррекции частотной характеристики ОУ.
Методы коррекции. Частотная характеристика ОУ с внутренней
коррекцией. Основные схемы включения ОУ при работе в
линейном режиме и в следящем нелинейном режиме без
2.
2
насыщения. Расчет этих схем на основе приближения идеального
ОУ. Более точный расчет с учетом основных параметров ОУ.
2.4. Передача сигналов по длинной линии. Телеграфные
уравнения и волновое уравнение длинной линии. Волновое
сопротивление. Трансформация импеданса нагрузки отрезком
линии. Необходимость работы линии на согласованную нагрузку
для передачи сигнала без искажений. Методы согласования.
Запаздывание сигналов при передаче по длинной линии,
переходные процессы.
Генерирование и преобразование электрических
сигналов
3.1. Генерирование колебаний, близких к синусоидальным.
Параллельный колебательный контур, параллельная схема
замещения, зависимость импеданса контура от частоты,
резонансный усилитель. Положительная обратная связь, условия
установившегося
колебательного
режима
и
условия
самовозбуждения.
Схемы
LC-генераторов.
Механизмы
ограничения колебаний, колебательные характеристики. Мягкий
и жесткий режимы возбуждения. Стабилизация частоты
колебаний с помощью кварца. RC-генератор с мостом Вина.
3.2. Модуляция и детектирование. Понятие о модуляции
колебаний. Амплитудная и балансная модуляция. Спектры
модулированных колебаний. Схемы модуляторов (в том числе на
основе дифференциального усилителя). Понятие о демодуляции
модулированных колебаний. Схемы детекторов АМ и БМ
колебаний. Синхронный детектор. Автогенераторные датчики
физических величин.
3.3. Генераторы и формирователи импульсных сигналов.
Работа транзистора в ключевом режиме. Применение
положительной обратной связи для ускорения процессов
переключения. Триггер Шмитта, автоколебательный и ждущий
мультивибраторы, компаратор. Реализация этих устройств на
основе ОУ и на основе микросхем цифровых логических
элементов.
3.
3
4. Цифровая электроника
4.1. Элементы цифровой электроники. Принцип действия и
характеристики базовых электронных схем логических
элементов,
КМОП-логика.
Комбинационные
логические
устройства: шифратор, дешифратор, мультиплексор, сумматор,
программируемые логические матрицы. Последовательностные
логические
устройства:
триггеры,
счетчики,
регистры,
оперативная память. Принцип действия частотомера.
4.2. Дискретизация непрерывных сигналов. Теорема о
выборках. Преобразование значений сигнала в цифровой код и
обратно. Понятие о квантовании сигналов. Методы аналогоцифрового
преобразования.
Методы
цифроаналогового
преобразования. Цифровой вольтметр.
4.3. Применение средств вычислительной техники в
экспериментальных исследованиях. Программируемые большие
интегральные схемы. Микропроцессоры и микроконтроллеры.
Взаимодействие
микропроцессора
с
экспериментальной
установкой
в
реальном
времени.
Применение
микроконтроллеров. Сигнальные процессоры. Понятие о
цифровой фильтрации.
Перечень лабораторных работ
Осенний семестр
1. Усилитель на биполярных транзисторах (№ 28).
2. Применение операционных усилителей:
линейные схемы (№ 77-1).
3. Применение операционных усилителей:
нелинейные схемы (№ 77-2).
4. Цепи с распределенными параметрами (№ 79).
Весенний семестр
1. LC-электроника (№ 85).
2. Нелинейные преобразования сигналов (№ 91).
3. Элементы цифровой электроники (№ 01).
4. Применение микроконтроллеров (№ 02).
4
Срок сдачи домашних заданий – 12 и 28 недели.
Устный опрос по курсу (зачет) – 32 неделя.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.:
Высшая школа, 2005.
2. Воронов Е.В., Ларин А.Л.
Усиление электрических сигналов: Учеб. пособие – М.:
МФТИ, 1994.
Элементы цифровой электроники: Учеб. пособие – М.:
МФТИ, 1992.
3. Габидулин Э.М., Куклев Л.П.
Генерирование синусоидальных колебаний и нелинейные
преобразования сигналов: Учеб. пособие – М.: МФТИ,
1980.
4. Джонс М.Х. Электроника – практический курс. – М.:
Постмаркет, 1999.
5. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. – М.: Радио и
связь, 1990.
6. Титце У., Шенк К.
Полупроводниковая схемотехника. – М.: Мир, 1982.
7. Хоровиц П., Хилл У.
Искусство схемотехники. В 3-х т. – М.: Мир, 1993.
Подписано в печать 24.06.05. Формат 60841/16. Бумага офсетная.
Печать офсетная. Усл. печ. л. 0,3. Тираж 130 экз. Заказ № ф-453.
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Московский физико-технический институт (государственный университет)
Отдел автоматизированных систем “ФИЗТЕХ-ПОЛИГРАФ”
141700, Моск. обл., г. Долгопрудный, Институтский пер., 9
5