Методы (технологии) обучения

Основными методами обучения, отвечающими целям изучения дисциплины, являются:

· элементы проблемного обучения, реализуемые на лекционных занятиях;

· элементы учебно-исследовательской деятельности, реализуемые на практических занятиях и лабораторных работах;

· коммуникативные технологии, реализуемые на практических занятиях;

· проектные технологии, используемые при проектировании электронных устройств, реализуемые при выполнении курсового проекта.

Организация самостоятельной работы студентов

При изучении дисциплины используются следующие формы самостоятельной работы:

· контролируемая самостоятельная работа, в виде решения индивидуальных задач в аудитории во время проведения практических занятий под контролем преподавателя в соответствии с расписанием;

· управляемая самостоятельная работа, в том числе в виде выполнения индивидуальных расчетных заданий с консультациями преподавателя;

· подготовка рефератов по индивидуальным темам, в том числе с использованием патентных материалов;

· подготовка курсового проекта по индивидуальным заданиям, в том числе разно уровневым заданиям.

Диагностика компетенций студентов

Оценка уровня знаний студента производится по десятибалльной системе.

Для оценки достижений студента используется следующий диагностический инструментарий:

· устный опрос во время практических занятий;

· проведение текущих контрольных работ (заданий) по отдельным темам;

· защита выполненных на практических (или лабораторных) занятиях индивидуальных заданий;

· защита выполненных в рамках управляемой самостоятельной работы индивидуальных заданий;

· выступление студента на конференции по подготовленному реферату;

· защита курсового проекта;

· сдача зачета по дисциплине;

· сдача экзамена.

Изучение курса «ЭЛЕКТРОНИКА» рассчитано на 400 часов, в том числе — 200 часов аудиторных занятий.

Примерное распределение аудиторных часов по видам занятий:

лекции — 100 часов;

практические занятия — 18 часов;

лабораторные работы — 50 часов;

курсовой проект – 32 часа.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. Основы электроники

Тема 1. Введение в электронику.

Этапы развития электроники. Классификация электронных устройств. Электрические сигналы. Основные характеристики. Программа Electronics Workbench и применение ее для моделирования электронных схем.

Тема 2. Пассивные элементы электронных схем.

Резисторы. Конденсаторы. Индуктивности. Последовательные и параллельные соединения элементов. Делители напряжения и тока.

Тема 3. Частотный и временной анализ линейных электрических цепей.

Интегрирующие и дифференцирующие цепи. Пассивные фильтры. Фильтры нижних частот. Фильтры верхних частот. Полосовые фильтры. Полосно-подавляющие фильтры. Частотно компенсированные делители напряжения.

Раздел 2. Полупроводниковые приборы и электронные устройства на их основе

Тема 4. Полупроводниковые диоды.

Принцип работы. Вольтамперная характеристика диода. Сопротивление и емкости диода. Частотные свойства диодов. Особенности работы диодов в импульсном режиме. Диоды Шотки. Выпрямительные диоды. Параметры выпрямительных диодов. Применение диодов для выпрямления переменного тока. Стабилитроны. Параметры стабилитронов. Применение стабилитронов для стабилизации напряжения.

Тема 5. Биполярные транзисторы.

Принцип работы. Режимы работы. Схемы включения и основные параметры. Входные и выходные статические характеристики. Эквивалентные схемы. Зависимость параметров биполярного транзистора от температуры. Частотные свойства биполярных транзисторов. Основные параметры биполярных транзисторов.

Тема 6. Усилители малых сигналов на биполярных транзисторах.

Схема с общим эмиттером. Смещение рабочей точки. Стабилизация рабочей точки. Входное и выходное сопротивление. Коэффициент усиления по переменному напряжению. Эмиттерный повторитель. Входное и выходное сопротивление. Коэффициент усиления по переменному току.

Тема 7. Полевые транзисторы. МДП транзисторы.

Принцип работы. Характеристики n-канального полевого транзистора с управляющим p-n переходом. Характеристики n-канального МДП транзистора обогащенного типа. Основные схемы включения полевых транзисторов. Эквивалентные схемы. Зависимость параметров полевых транзисторов от температуры. Частотные свойства полевых транзисторов. Полевой транзистор в качестве управляемого сопротивления. Основные параметры полевых транзисторов.

Тема 8. Усилители малых сигналов на полевых транзисторах.

Схема с общим истоком. Смещение рабочей точки. Входное и выходное сопротивление. Коэффициент усиления по переменному напряжению. Истоковый повторитель. Входное и выходное сопротивление. Коэффициент передачи по переменному напряжению.

Тема 9. Усилители мощности на транзисторах.

Однотактный и двухтактный усилители мощности. Усилитель мощности класса АВ.

Тема 10. Источники тока на транзисторах. Дифференциальные усилители

Токовое зеркало. Составные транзисторы. Дифференциальные усилители. Дифференциальные усилители в интегральном исполнении.

Раздел 3. Операционные усилители и электронные устройства на их основе

Тема 11. Операционные усилители. Основные схемы включения.

Общие сведения. Идеальный операционный усилитель. Свойства операционного усилителя охваченного отрицательной обратной связью. Инвертирующий усилитель. Неинвертирующий усилитель. Повторитель напряжения.

Тема 12. Параметры операционных усилителей. Типы операционных усилителей.

Точностные, динамические и эксплуатационные параметры операционных усилителей.

Частотная характеристика операционного усилителя. Схемы компенсации входных токов смещения и напряжения дрейфа. Частотная коррекция.Быстродействующие усилители. Прецизионные усилители. Операционные усилители с автоподстройкой нуля. Микромощные усилители. Операционные усилители с программируемым и управляемым коэффициентом усиления. Операционные усилители с однополярным питанием. Многоканальные усилители. Мощные и высоковольтные операционные усилители. Операционные усилители с функциями включения/выключения.

Тема 13. Линейные усилители на операционных усилителях.

Суммирующие усилители. Вычитающие усилители. Интеграторы. Дифференциаторы.

Тема 14. Нелинейные преобразователи на операционных усилителях.

Логарифмирующий и экспоненциальный преобразователи. Усилители с возрастающим и убывающим коэффициентом передачи.

Тема 15. Активные электрические фильтры на операционных усилителях.

Фильтры нижних частот. Фильтры верхних частот. Полосовые фильтры. Полосно-подавляющие фильтры. Фазовые фильтры.

Тема 16. Генераторы сигналов на операционных усилителях.

Основы теории генераторов. Баланс амплитуд и фаз. Генераторы синусоидальных колебаний. Регенеративный компаратор на операционном усилителе. Релаксационные генераторы.

Тема 17. Измерительные (инструментальные) усилители.

Измерительный усилитель на одном ОУ. Измерительный усилитель на двух ОУ. Измерительный усилитель на трех ОУ. Основные параметры дифференциальных и измерительных усилителей. Применение измерительных усилителей.

Тема 18. Измерительные схемы на операционных усилителях.

Измерение заряда. Измерители амплитуды (пиковые детекторы). Фотоэлектрические измерения. Мостовые измерительные схемы. Измерение температуры. Измерение действующего значения.

Тема 19. Широкополосные усилители.

Типовые схемы включения ОУ в качестве ВЧ-усилителя. Широкополосные операционные усилители с обратной связью по току (ОСТ-усилители). Усилители дифференциальных линий. Изолирующие усилители с оптической связью.

Раздел 4. Основы импульсной электроники

Тема 20. Аналоговые компараторы.

Общие сведения о компараторах. Интегральные компараторы. Применения компараторов Двухпороговый компаратор. Детектор пересечения нуля. Генераторы сигналов на компараторах. Широтно-импульсный модулятор.

Тема 21. Усилители мощности класса D.

Общие сведения. Виды широтно-импульсной модуляции. Области применения, преимуществ и недостатки импульсных усилителей мощности. Схемотехника выходных каскадов усилителей класса D. Промышленные типы усилителей класса D.

Тема 22. Импульсные стабилизаторы напряжения.

Общие сведения. Классификация импульсных источников питания. Понижающий импульсный стабилизатор. Повышающий импульсный стабилизатор. Инвертирующий импульсный стабилизатор.

Раздел 5. Стабилизированные источники питания

Тема 23. Источники вторичного электропитания.

Классификация, состав и основные параметры. Выпрямители и сглаживающие фильтры. Импульсные сетевые источники питания. Микромощные бестрансформаторные сетевые источники питания. Источники бесперебойного питания.

Тема 24. Линейные стабилизаторы напряжения.

Базовая схема линейного стабилизатора напряжения. Интегральные схемы линейных стабилизаторов напряжения. Основные параметры линейных стабилизаторов напряжения. Схемы включения линейных стабилизаторов напряжения.

Тема 25. Источники опорного напряжения.

Источники опорного напряжения на стабилитронах. Источники опорного напряжения на напряжении запрещенной зоны. Источники опорного напряжения на полевых транзисторах. Параметры источников опорного напряжения. Применения источников опорного напряжения.

Раздел 6. Основы цифровой электроники

Тема 26. Математическое описание цифровых устройств.

Алгебра логики. Логические переменные и элементы. Логические функции и их обозначения. Логические преобразования. Анализ логических схем. Оптимизация логических функций. Реализация комбинационных схем на основе элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ.

Тема 27. Цифровые интегральные схемы.

Семейство ТТЛ - схем. Схема базового ТТЛ элемента. Семейство КМОП - схем. Схема базового КМОП элемента. Сравнение ТТЛ - и КМОП - серий. Специальные выходы интегральных схем: выход с открытым коллектором, выход с тремя состояниями.

Тема 28. Логические элементы стандартных серий цифровых микросхем.

Базовые логические элементы стандартных серий цифровых микросхем. Повторители и буферы. Элементы задержки. Преобразователи уровней. Триггеры Шмитта.

Тема 29. Триггеры.

Асинхронный и синхронный RS-триггер. D-триггер. T-триггер. JK триггеры. Таблицы истинности. Временные диаграммы. Основные схемы включения триггеров. Двухступенчатые триггеры. Триггеры управляемые перепадом напряжения. Триггеры с установочными входами. Триггеры стандартных серий цифровых микросхем.

Тема 30. Регистры.

Общие сведения. Параллельные регистры, срабатывающие по уровню. Параллельные регистры, срабатывающие по фронту. Микросхемы параллельных регистров. Регистры сдвига. Микросхемы регистров сдвига. Соединение регистров сдвига для увеличения разрядности. Параллельно-последовательные регистры. Способы ввода и вывода информации.

Тема 31. Счетчики.

Общие сведения. Асинхронные счетчики. Микросхемы асинхронных счетчиков. Основные применения асинхронных счетчиков. Синхронные счетчики. Микросхемы синхронных счетчиков. Основные применения синхронных счетчиков. Счетчики с произвольным коэффициентом счета. Делители частоты.

Тема 32. Мультиплексоры. Демультиплексоры.

Алгоритмы функционирования мультиплексора и демультиплексора. Наращивание размерности мультиплексоров и демультиплексоров. Матричный коммутатор. Применение мультиплексора в качестве универсального логического элемента.

Тема 33. Шифраторы. Дешифраторы.

Алгоритм функционирования двоичного дешифратора. Логические выражения, описывающие функционирование дешифратора. Схемотехнические решения при реализации двоичных дешифраторов. Алгоритм функционирования двоичного шифратора. Логические выражения, описывающие функционирование шифратора. Схемотехнические решения при реализации двоичных шифраторов.

Тема 34. Преобразователи кодов.

Двоично-десятичный код (BCD-числа). Код Грея. Коды, распознающие ошибки. Коды, исправляющие ошибки. Расчет преобразователей кода.

Тема 35. Компараторы цифровых кодов.

Одноразрядный компаратор. 3-х разрядный компаратор для BCD кода. 4-х разрядный компаратор для двоичного кода.

Тема 36. Сумматоры.

Полусумматор. Полный одноразрядный сумматор. Сумматоры с параллельным и последовательным переносом. Микросхемы сумматоров. Арифметико-логические устройства.

Тема 37. Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ).

Статические ОЗУ. Схема элемента памяти. Динамические ОЗУ. Схема элемента памяти Организация элементов памяти и ее параметры. Микросхемы оперативной запоминающей памяти. Применения микросхем ОЗУ. ОЗУ как информационный буфер.

Тема 38. Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ).

Схема элемента памяти. Программируемое ПЗУ. Микросхемы программируемых ПЗУ. Перепрограммируемое ПЗУ. Флэш-память. Применения микросхем ПЗУ. ПЗУ как универсальная комбинационная микросхема.

Тема 39. Таймеры.

Таймер NE555. Основные схемы включения таймера. Ждущий режим. Автоколебательный режим. Типы интегральных таймеров.

Тема 40. Семейства цифровых интегральных схем.

Основные тенденции развития современной электроники. Основные принципы низкого энергопотребления, понятие о «зеленых» электронных устройствах. «Дерево» семейств цифровых интегральных схем.

Раздел 7. Преобразователи аналоговых и цифровых сигналов

Тема 41. Аналоговые коммутаторы.

Электронные ключи. Ключи на биполярных транзисторах. Ключи на МОП транзисторах. Основы КМОП ключей. Применение аналоговых ключей. Аналоговые мультиплексоры.

Тема 42. Устройства выборки и хранения.

Основные принципы работы устройства выборки и хранения. Статические и динамические параметры устройства выборки и хранения. Архитектуры устройств выборки и хранения.

Тема 43. Основы считывания данных в аналого-цифровых системах.

Кодирование и квантование. Теория отсчетов. Критерий Найквиста. Статические передаточные характеристики ЦАП и АЦП. Динамические характеристики преобразователей. Общие технические характеристики преобразователей.

Тема 44. Ахитектуры цифроаналоговых преобразователей.

Общие сведения. Классификация ЦАП. Параметры ЦАП. Параллельные ЦАП с суммированием токов, с суммированием зарядов и с суммированием напряжений. Основные характеристики. Последовательные ЦАП с широтно-импульсной модуляцией. Последовательные ЦАП на переключаемых конденсаторах.

Тема 45. Архитектуры аналого-цифровых преобразователей.

Общие сведения. Процедура аналого-цифрового преобразования. Классификация. АЦП: Параметры АЦП. Параллельные АЦП. Последовательно-параллельные АЦП. АЦП последовательного счета. АЦП последовательного приближения. Интегрирующие АЦП.

Тема 46. Сигма-дельта преобразователи.

Дельта-модуляция и дифференциальная импульсно-кодовая модуляция. Одиночные и многоразрядные сигма-дельта АЦП. Измерительные сигма-дельта АЦП высокого разрешения. Сигма-дельта ЦАП.

Тема 47. Интерфейсы преобразователей данных.

Сопряжение аналоговых входов АЦП. Цифровые выходные интерфейсы АЦП. Цифровые входные интерфейсы ЦАП. Буферизация аналоговых выходов ЦАП.

Раздел 8 Основы оптоэлектроники

Тема 48. Источники оптического излучения.

Светодиоды. Принцип действия. Характеристики светодиодов.

Тема 49. Полупроводниковые приемники излучения. Оптопары.

Фоторезисторы. Фотодиоды. Фототранзисторы. Оптопары.

Тема 50. Индикаторные приборы.

Полупроводниковые приборы с зарядовой связью. Полупроводниковые индикаторы. Жидкокристаллические индикаторы.

Дата добавления: 2015-05-06