РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«Электроника» (в сокращении)
(Программа является единой для групп 21÷24 ЭЭФ)
Направление подготовки |
140400– Электроэнергетика и электротехника | |||||||||||
|
| |||||||||||
Квалификация (степень) выпускника |
Бакалавр | |||||||||||
(бакалавр, магистр) | ||||||||||||
Профиль подготовки |
Электроэнергетические системы и сети | |||||||||||
|
| |||||||||||
Форма обучения |
Очная | |||||||||||
(очная, заочная и др.) | ||||||||||||
Выпускающая кафедра- |
Электрические системы (ЭС) | |||||||||||
| ||||||||||||
| ||||||||||||
Кафедра-разработчик РПД |
Электроника и микропроцессорные системы (Э и МС) | |||||||||||
| ||||||||||||
| ||||||||||||
Семестр |
Трудоем-кость з.е./ час.
|
Лек-ций, час. |
Практич. занятий, час. |
Лаборат. работ, час. |
Курсовое проектирование, час |
СРС, час |
Форма промежуточного (рубежного) контроля (экзамен/зачет) | |||||
4 |
4/144 |
28 |
16 |
28 |
|
45 |
экзамен (27 час.) | |||||
|
|
|
|
|
|
|
| |||||
Итого |
4 /144 |
28 |
16 |
28 |
|
45 |
экзамен (27 час.) |
ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью освоения дисциплины является достижение следующих результатов образования(РО):
знания:
на уровне представлений:
- определение науки «Электроника», предмет, цель, содержание курса;
- исторические этапы развития и совершенствования видов электронных приборов;
- терминология науки: названия различных видов электронных приборов, названия компонентов, составляющих конструкции приборов, аббревиатуры и их расшифровки технических терминов, электронные устройства, элементы и узлы цифровой техники и др.;
- структурный состав и технологические особенности дискретных электронных компонентов современной электронной техники;
- режимы работы электронных приборов: по постоянному току, по переменному току, усилительный, ключевой, предельный;
- области практического использования электронных компонентов на основе их свойств и экономической целесообразности;
- основные методики расчётов и схемотехнического конструирования выпрямителей, усилителей, цифровых логических схем.
на уровне воспроизведения:
- основные области применения полупроводниковых приборов;
- условные графические обозначения полупроводниковых приборов различных видов и исполнений;
- начертание базовых схем включения электронных приборов с анализом свойств прибора в этом включении;
- построение линии нагрузки на основе ВАХ прибора, применительно к конкретному включению для режимов постоянного и переменного токов;
- расчёт режима работы прибора на постоянном и переменном токах;
- начертание и расчёт схем выпрямления, однокаскадных усилителей на транзисторах, пассивных фильтров;
- анализ работы цифровых логических схем с построением временных диаграмм их работы;
- правила обращения с электронными приборами;
на уровне понимания:
- физические процессы, происходящие в полупроводниковых приборах при протекании через них электрического тока;
- принципы действия полупроводниковых приборов различного вида и функциональных устройств на их основе;
- влияние внешних параметров и условий на работу прибора в конкретном включении;
- электрические процессы в зонах и переходах в п/п приборах при наличии и в отсутствие внешнего напряжения и в зависимости от их схемы включения;
- архитектура одиночного усилительного каскада при различных включениях прибора и для различного вида активных приборов;
- принципы построения цифровых логических схем с использованием элементов интегральной схемотехники малой и средней степени интеграции;
- общие принципы построения и работы цифровых микропроцессорных управляющих устройств.
умения:
теоретические:
- обоснование и объяснение основных физических процессов, происходящих в приборах, применительно к заданному режиму их работы;
- выполнить структурную и функциональную разработку состава электронного прибора по описанию задач им решаемых;
- знать достоинства, недостатки и перспективы использования различных видов электронных компонентов;
- оценить надёжность работы прибора в конкретном включении на основе рассчитанных параметров электрического режима и паспортных критериев годности;
практические:
- поиск и анализ технической информации по основным направлениям развития и применения электронных приборов и компонентов;
- умение пользоваться справочной и технической литературой для целей выбора оптимального по свойствам электронного прибора, требующегося под конкретную задачу;
- участие в обсуждении проблем, возникающих при выборе технических решений в области применения различного вида электронных компонентов, для решения определённых задач;
-умение выполнить расчёт одиночного усилительного каскада на любом активном компоненте по постоянному и переменному токам;
- умение выполнить аналитический расчёт требуемой схемы выпрямления с построением временных диаграмм, характеризующих её работу;
- умение выполнить анализ схемотехники прибора на дискретных компонентах по его архитектуре построения
- анализ состояния электронного прибора и его годности на основе измерения его электрических параметров в схеме;
навыки:
- построение линии нагрузки на ВАХ полупроводниковых приборов для целей расчёта по постоянному и переменному токам;
- расчет и выбор элементов схем одиночных усилительных каскадов на транзисторах при различных их включениях;
- оптимальный выбор электронного прибора из справочной литературы для решения определённой задачи с учётом различных критериев;
- умение работать со справочной и технической литературой и осуществлять поиск в сети INTERNET
.
Перечисленные РО являются основой для формирования следующих компетенций: (в соответствии с ФГОС ВПО и требованиями к результатам освоения основной образовательной программы (ООП)
общекультурных:
готовность к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7).
профессиональных:
для проектно-конструкторской деятельности: готовностью работать над проектами электроэнергетических и электротехнических систем и их компонентов (ПК-8);
способностью разрабатывать простые конструкции электроэнергетических и электротехнических объектов (ПК-9);
способностью использовать методы анализа и моделирования линейных и нелинейных электрических цепей постоянного и переменного тока (ПК-11)
способностью графически отображать геометрические образы изделий и объектов электрооборудования, схем и систем (ПК-12);
способностью рассчитывать схемы и элементы основного оборудования, вторичных цепей, устройств защиты и автоматики электроэнергетических объектов (ПК-15);
для научно-исследовательской деятельности: готовностью участвовать в исследовании объектов и систем электроэнергетики и электротехники (ПК-38).
Дисциплина «ЭЛЕКТРОНИКА»относится к профессиональному циклу дисциплин и входит в состав модуля вариативной части профессиональной подготовки.
Необходимыми условиямидля освоения дисциплины являются:
- знанияматематики в объеме средней школы и отдельные разделы высшей математики (матрицы, дифференциальное и интегральное исчисление, дифуравнения, теория вероятностей), вычислительной математики (численное решение систем алгебраических и дифференциальных уравнений), физики (основы молекулярно-кинетической теории, основы термодинамики, газ и твердые тела, электростатика, магнитное поле, электромагнитная индукция, электромагнитные колебания и волны, основы квантовой физики, законы электричества и магнетизма), теоретической электротехники (теория линейных и нелинейных цепей), основы химии;
- уменияпроизводить арифметические действия над числами, с требуемой точностью округлять числа и результаты вычислений, пользоваться калькуляторами для вычислений, строить графики линейной, квадратичной, степенной, показательной, логарифмической и тригонометрических функций, пользоваться свойствами функций и их графиков при решении связанных с ними уравнений и неравенств, решать дифференциальные уравнения, вычислять производные и интегралы, выполнять операции с матрицами, использовать компьютерные средства для выполнения численных расчетов, составлять план ответа и связно излагать мысли, оформить технический отчёт; правильно оформлять таблицы и рисунки; правильно использовать электроизмерительные приборы;
- владениетехнической терминологией, основами библиографии, методиками планирования и проведения эксперимента, современными измерительными средствами и способами обработки и анализа экспериментальных данных, аппаратными и программными средствами компьютерных вычислений, электронными источниками информации и офисной техникой;
- навыкиустной и письменной речи, способность поиска информации в Глобальной сети, составления краткого реферата на заданную техническую тему в области электроники, обобщение и анализ отобранного материала, составления и оформление краткого реферата на заданную техническую тему в области электроники с использованием офисных средств.
Содержание дисциплиныявляется логическим продолжением содержания таких дисциплин, как «Математика», «Физика», «ТОЭ», «Информатика» ислужит основойдля освоения дисциплин «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем», «Приёмники и потребители электрической энергии», «Автоматическое регулирование в электроэнергетических системах».
СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часа.
№ модуля образовательной программы |
№ раздела |
Наименование раздела дисциплины |
Виды учебной нагрузки и их трудоемкость, часы | |||||
Лекции |
Практические занятия |
Лабораторные работы |
Курсовое проектирование |
СРС |
Всего часов | |||
Б3.В.ОД.2
|
1 |
Введение |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
2 |
Полупроводниковые приборы |
|
|
|
|
|
| |
2.1 |
Проводимость полупроводников (п/п), р-n-переход.. Полупроводниковые диоды |
1 |
1 |
0 |
|
4 |
6 | |
2.2 |
Биполярные транзисторы (БТ) |
2 |
1 |
4 |
|
4 |
11 | |
2.3 |
Полевые транзисторы (ПТ) |
1 |
0 |
0 |
|
2 |
3 | |
2.4 |
Тиристоры |
2 |
0 |
0 |
|
4 |
6 | |
2.5 |
Оптоэлектронные приборы |
0 |
0 |
0 |
|
2 |
2 | |
3 |
Источники вторичного электропитания (ИВЭ) |
|
|
|
|
|
| |
3.1 |
Выпрямители |
2 |
2 |
12 |
|
4 |
20 | |
3.2 |
Стабилизаторы. |
0 |
0 |
0 |
|
2 |
2 | |
3.3 |
Инверторы |
1 |
0 |
0 |
|
2 |
3 | |
4 |
Электронные усилители |
|
|
|
|
|
| |
4.1 |
Усилители переменного сигнала |
2 |
2 |
0 |
|
2 |
6 | |
4.2 |
Усилители мощности |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
1 | |
4.3 |
Обратные связи (ОС) в усилителях |
1 |
0 |
0 |
|
2 |
3 | |
4.4 |
Усилители постоянного тока (УПТ) |
2 |
1 |
4 |
|
2 |
9 | |
5 |
Импульсные и цифровые устройства |
|
|
|
|
|
| |
5.1 |
Ключевой режим работы БТ. Генераторы сигналов специальных форм |
2 |
2 |
0 |
|
4 |
8 | |
5.2 |
Интегральная схемотехника. Комбинационные логические элементы |
2 |
2 |
4 |
|
2 |
10 | |
5.3 |
Последовательностные элементы |
2 |
2 |
4 |
|
3 |
11 | |
5.4 |
Запоминающие устройства (ЗУ) |
1 |
0 |
0 |
|
2 |
3 | |
5.5 |
Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи (ЦАП и АЦП) |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
3 | |
5.6 |
Микропроцессоры (МП) и микроЭВМ (МЭВМ) |
2 |
0 |
0 |
|
1 |
3 | |
6 |
Индикаторные устройства. |
|
|
|
|
|
| |
6.1 |
Виды устройств индикации и принцип организации схем управления |
2 |
2 |
0 |
|
2 |
6 | |
ИТОГО: |
28 |
16 |
28 |
|
45 |
117+27 экзам.=144 |
3.2. Лекции
№ п/п |
Номер раздела (ДЕ) |
Объем, часов |
Тема лекции | ||
1 |
1.1 |
1 |
Электроника, ее роль в развитии науки, техники, в производстве и управлении. Исторический обзор этапов развития «Электроники» как науки, перспективы развития. Научные и технологические основы наноэлектроники. Классификация основных устройств электроники. Материалы, элементы и компоненты электронной техники – резисторы, конденсаторы, индуктивности, элементы коммутации и питания, система условных графических обозначений (УГО), нормируемые и расчетные параметры | ||
2 |
2.1.1 |
1 |
Проводимость полупроводников (п/п), виды носителей зарядов, собственная и примесная проводимость п/п, р-n-переход. Энергетическая диаграмма р-n-перехода, прямое и обратное включение, уравнение токов, вольтамперная характеристика (ВАХ) и виды пробоя р-n-перехода. Полупроводниковые диоды: виды, система УГО, особенности практического использования | ||
3 |
2.2.1 |
2 |
Биполярные транзисторы (БТ). Структура двух видов БТ – прямой проводимости (р-n-р) и обратной проводимости (n-р-n), принцип действия, краткие сведения по технологии изготовления. Схемы включения БТ: общая база (ОБ), общий эмиттер (ОЭ) и общий коллектор (ОК). Свойства схем включений и анализ статических характеристик, уравнения токов электродов БТ, особенности применения | ||
4 |
2.3.1 |
1 |
Полевые транзисторы (ПТ). Виды ПТ: МДП транзисторы и транзисторы с управляющим переходом. Структура, принцип работы, система УГО, основные характеристики и классификационные параметры полевых транзисторов. Биполярные транзисторы с изолированным затвором БТИЗ (зарубежная классификация IGBT) | ||
5 |
2.4.1 |
2 |
Тиристоры. Типовая структура тиристора на основе двух БТ разной проводимости. Виды тиристоров: динисторы, тринисторы, симисторы, DOTы. ВАХ тиристора. Нормируемые параметры. Особенности включения и выключения тиристоров. Применение | ||
6 |
3.1.1 |
2 |
Общие сведения и классификация ИВЭ. Однофазные выпрямители: однополупериодный и двухполупериодные – с выводом нулевой точки и мостовой. Электрические параметры выпрямителей, временные диаграммы работы, расчетные параметры, внешняя характеристика выпрямителя, критерии выбора диодов из справочника. Трехфазные выпрямители: с выводом нулевой точки (схема «Миткевича»), мостовая (схема «Ларионова»). Временные диаграммы работы выпрямителей, расчетные соотношения, особенности практического использования выпрямителей. Фильтрация выходного напряжения выпрямителей. | ||
7 |
3.3.1 |
1 |
Инверторы. Классификация инверторов. Инверторы, ведомые сетью: схемное решение, временные диаграммы работы для различных углов управления тиристорами, понятие о рекуперации. Коммутация тиристоров. Автономные инверторы (АИ): инверторы тока (АИТ), инверторы напряжения (АИН). Особенности схемного решения. Применение инверторов | ||
8 |
4.1.1 |
2 |
Принцип работы однокаскадного усилителя переменного сигнала на биполярном транзисторе. Электрические показатели и характеристики усилителя. Режимы работы однокаскадного усилителя (классы усиления) – А, В, АВ, С, D. Графо-аналитический расчет однокаскадного усилителя на БТ | ||
9 |
4.2.1 |
1 |
Оконечные каскады усилителя – усилители мощности (УМ). Основные электрические параметры УМ. Одно и двухтактные УМ. Особенности схемного решения и применения | ||
10 |
4.3.1 |
1 |
Обратная связь (ОС) в усилителях. Виды ОС и их влияние на качественные показатели работы усилителя | ||
11 |
4.4.1 |
2 |
Усилители постоянного тока (УПТ). Основные параметры и схемные решения УПТ. Операционный усилитель (ОУ). Структура ОУ. Основные параметры и функции, реализуемые ОУ: инвертирующий усилитель, неинвертирующий усилитель, сумматор, интегратор, компаратор, генератор. Сравнительный анализ современных ОУ, изготовленных по различным технологиям | ||
12 |
5.1.1 |
2 |
Работа транзистора в режиме ключа. Параметры импульсного сигнала. Цепи формирователи импульсного сигнала: интегрирующие, дифференцирующие, ограничители. Генераторы и преобразователи импульсного сигнала: мультивибратор (МВ), одновибратор (ОВ), генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), триггер (Тг), триггер Шмитта (ТШ). Схемные решения, временные диаграммы работы, основные расчетные соотношения, особенности применение | ||
13 |
5.2.1 |
2 |
Цифровые интегральные микросхемы (ИМС). Классификация ИМС. Краткие сведения о технологических и конструктивных особенностях различных видов ИМС. Понятие о логической операции. Основные логические операции И, ИЛИ, НЕ и их схемотехническая реализация. Временные диаграммы работы и таблицы истинности простых и совмещенных логических операций. Комбинационные устройства: мультиплексор, демультиплексор, дешифратор, сумматор, компаратор, арифметико-логическое устройство (АЛУ). Принцип схемотехнического построения, работа и особенности применения, комбинационных устройств | ||
14 |
5.3.1 |
2 |
Последовательностные устройства: триггеры, регистры (Рг), счетчики (Ст). Триггеры: RS,T,D,JK, – УГО, диаграммы работы, особенности применения. Регистры: параллельные и последовательные, – УГО, диаграммы работы, применение. Счетчики: виды счетчиков и особенности их схемной реализации | ||
15 |
5.4.1 |
1 |
Запоминающие устройства (ЗУ). Виды ЗУ: оперативные (ОЗУ) и постоянные (ПЗУ). Организация различных видов ЗУ на элементах интегральной схемотехники. Особенности применения ЗУ различных видов в электронных устройствах, в частности, для преобразователя кодов | ||
16 |
5.5.1 |
1 |
Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи (ЦАП и АЦП). Организация ЦАП на основе ОУ и резисторной матрицы. Связь между разрядностью и погрешностью преобразования. Структурная организация АЦП. Способы увеличения скорости преобразования. Виды интегральных ЦАП и АЦП | ||
17 |
5.6.1 |
2 |
Микропроцессоры (МП) и микроЭВМ (МЭВМ). Структурная организация МП-системы. Микропроцессорные комплекты (МПК). Сравнительный анализ современных МПК по эксплуатационным параметрам | ||
18 |
6.1.1 |
2 |
Индикаторные устройства. Виды устройств индикации: вакуумные, плазменные, полупроводниковые, жидкокристаллические – система электрических и эксплуатационных параметров. Шкальные, сегментные и знакосинтезирующие индикаторы, – принцип организации схем управления и особенности их применения | ||
|
|
|
| ||
Итого: |
28 |
|