Распределение часов курса по разделам
Общие сведения
Краткое описание дисциплины:дисциплина «Схемотехника» изучается на 2 курсе студентами очной формы обучения специальности “050703 «Информационные системы»” и предполагает знакомство студентов с основными типами современных элементов электронной техники, студенты изучают процессы в пассивных электрических цепях, основные виды полупроводниковых приборов, их особенности, характеристики, схемы включения. Кроме того, происходит знакомство с основными понятиями микроэлектроники, особенностью изготовления и параметрами пассивных и активных элементов интегральных микросхем. Изучаются также и базовые устройства аналоговой и цифровой электроники.
Цель курса – дать представление о системной методологии исследования и проектирования сложных электронных устройств.
Задачи изучения дисциплины:
- ознакомить обучающихся с этапами развития электроники, показать специфику данного направления электротехники, выявить роль в развитии цивилизации;
- дать твердые знания о принципах действия элементной базы электроники;
- развивать у студентов умение самостоятельно расширять и углублять знания, полученные при изучении курса;
- усилить прикладную направленность курса для самостоятельного использования при разработке различных электронных устройств;
- развить навыки использования электронной измерительной аппаратуры при выполнении лабораторных работ и в профессиональной деятельности при решении самых разнообразных инженерных задач техники, анализа, планирования и прогнозирования.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
- знать основные понятия о принципах действия электронных приборов, структуру и технологию изготовления интегральных микросхем, различные аспекты применения элементной базы электроники в практической деятельности инженера;
- уметь определять основные характеристики и параметры электронных приборов и микросхем, строить простейшие электронные схемы на электронных приборах и микросхемах;
- приобрести навыки снятия основных характеристик электронных приборов, уметь выбрать элементную базу для конкретного применения приборов.
Пререквизиты:системотехника; основы проектирования; разделы математики, в том числе: интегральное и дифференциальное исчисление, теории вероятностей, математической статистики; общая физика и физика твердого тела, оптика, теория электрических цепей.
Постреквизиты:микроконтроллеры, основы автоматики, проектирование систем контроля и автоматизации, электромеханика, электронная измерительная техника, расчет и проектирование приборов, автоматизация технологических процессов и т.д. Использование этих знаний полезно при изучении смежных дисциплин. Знания по основам электроники необходимы при выполнении курсовых проектов по основам электроники, электронной измерительной техники, проектированию систем контроля и автоматизации
Краткое описание курса
Данная дисциплина предусматривает изучение следующих разделов:
1.2.1 Физические основы полупроводниковых приборов
- Электропроводность полупроводников
- Свойства p-n перехода
1.2.2 Полупроводниковые приборы
- Полупроводниковые диоды
- Полупроводниковые стабилитроны, варикапы, диоды Шоттки, туннельные диоды, динисторы, тиристоры, оптроны.
- Устройство и принцип действия биполярного транзистора
- Характеристики и применение биполярного транзистора
- Принцип действия и параметры полевых транзисторов
- Полевые транзисторы металл - окисел - полупроводник (МОП)
1.2.3 Электронные усилители
- назначение и основные параметры электронных усилителей;
- режимы работы усилителей;
- порядок проектирования усилительных трактов;
-усилительный каскад по схеме с общим эмиттером;
-усилительный каскад с общим коллектором, дифференциальный усилитель, усилители на полевых транзисторах, схема Дарлингтона;
-обратная связь в усилителях, избирательные усилители;
-каскады усиления мощности, многокаскадные усилители;
-частотные характеристики усилителей.
1.2.4 Вторичные источники питания
-выпрямители;
-параметры стабилизаторов напряжения. Параметрические стабилизаторы;
-компенсационные стабилизаторы.
1.2.5 Генераторы
-генераторы сигналов. Определение и основные соотношения;
-генераторы сигналов различной формы.
1.2.6 Микросхемы
-интегральные микросхемы. Аналоговые и цифровые микросхемы. Основные определения и классификация;
-операционные усилители.
Распределение часов курса по разделам
На дисциплину выделено за семестр 2 кредит часа. Из них аудиторных в неделю: 1 час лекций, 1 час лабораторных занятий и 2 часа СРС(п). На самостоятельную работу студентов отведено 2 часа в неделю.
| Семестр | Наименование раздела | Кол-во часов | |||
| Лекц. | Лаб.раб | СРС(п) | |||
| Физические основы полупроводниковых приборов | - | ||||
| Полупроводниковые приборы | |||||
| Электронные усилители | |||||
| Вторичные источники питания | |||||
| Генераторы | - | ||||
| Микросхемы | - | ||||
| Всего за семестр |
Итого за семестр: 60 часов
Содержание дисциплины
1.4.1 Лекционные занятия, их содержание и объем в часах
| № недели | Тема | Кол-во часов |
| Пассивные электрические цепи, переходные процессы в электрических цепях, формирование сигналов. | ||
| Физические основы полупроводников. Полупроводниковые материалы. Электронно-дырочный переход и его свойства. ВАХ р-n-перехода. Полупроводниковые диоды: выпрямительный, стабилитрон, варикап, диоды Шоттки, туннельные диоды, фотодиод, светодиод. Аналитическое выражение ВАХ диода | ||
| Тиристор – управляемый полупроводниковый прибор с несколькими p-n-переходами. ВАХ тиристора и статические параметры прибора | ||
| Биполярные транзисторы: p-n-p и n-p-n. Принцип усиления и схемы включения транзисторов. Классификация приборов и их параметры. h-параметры транзистора | ||
| Полевые транзисторы: с управляющим p-n-переходом, со встроенным и с индуцированным каналом. Устройство, принцип действия, параметры и статические характеристики полевых транзисторов. Сравнительная оценка полевых и биполярных транзисторов | ||
| Построение усилительных каскадов: однокаскадные усилители на биполярном и на полевом транзисторах. Назначение элементов усилителя. Понятие обратной связи. Выбор режима работы по постоянному току. Основные параметры усилителя | ||
| Многокаскадные усилители: с конденсаторной связью, с трансформаторной связью, с непосредственной связью между каскадами. Принципы построения многокаскадных усилителей. Основные параметры | ||
| Усилители постоянного тока: назначение, особенности построения, принцип действия. Дифференциальный усилитель | ||
| Усилители мощности: назначение, принцип действия, особенности построения | ||
| Избирательные усилители: назначение, принцип действия, особенности построения | ||
| Вторичные источники питания: классификация, назначение, принципы построения, структурная схема, назначение функциональных узлов | ||
| Выпрямители: классификация (однополупериодные, двухполупериодные; однофазные, трехфазные; управляемые и неуправляемые). Использование сглаживающих фильтров. Основные параметры. Применение. | ||
| Стабилизаторы напряжения. Параметрические стабилизаторы. Компенсационные стабилизаторы. Назначение, принцип действия, основные параметры. | ||
| Электронные генераторы и формирователи импульсов. Основные схемы и принципы работы генераторов гармонических колебаний. Понятие о релаксационных автогенераторах (генераторах несинусоидальных колебаний): мультивибраторах (генераторах прямоугольных импульсов) | ||
| Микроэлектроника. Понятие интегральной схемы (ИС). Классификация интегральных схем: по функциональной сложности (ИС, СИС, БИС, МБИС), по технологии изготовления (полупроводниковые, совмещенные, гибридные и пленочные), по функциональному назначению (цифровые и аналоговые) | ||
| Всего за семестр |
1.4.2 Лабораторные работы, их содержание и объем в часах
| № | Тема | Кол-во часов |
| Исследование процессов в пассивных RC –цепях. | ||
| Исследование биполярного транзистора | ||
| Исследование полевого транзистора с управляющим п-р-переходом | ||
| Исследование однокаскадного усилителя на биполярном транзисторе | ||
| Исследование однокаскадного усилителя на полевом транзисторе | ||
| Исследование схем выпрямителей | ||
| Всего за семестр |
1.4.3 Самостоятельная работа, содержание и объем в часах (СРС(п))
| № | Тема | Кол-во часов |
| Изучение электрофизических свойств полупроводниковых материалов. Носители заряда в полупроводнике, собственная и примесная электропроводность | ||
| Понятие электронно-дырочного перехода, его основные свойства. п-р-переход в прямом и обратном включении. ВАХ п-р-перехода | ||
| Полупроводниковые диоды: классификация, основные параметры, условное графическое обозначение на электрических схемах, маркировка | ||
| Биполярные транзисторы: классификация, основные параметры, условное графическое обозначение на электрических схемах, маркировка | ||
| Схемы включения транзисторов: ОЭ, ОК, ОБ. Расчет h-параметров транзистора | ||
| Полевые транзисторы: классификация, основные параметры, условное графическое обозначение на электрических схемах, маркировка. | ||
| Резисторы конденсаторы: система условных обозначений, ряды номиналов и допустимые отклонения от номиналов | ||
| Конденсаторы: система условных обозначений, ряды номиналов и допустимые отклонения от номиналов | ||
| Формирование электрической принципиальной схемы однокаскадного усилителя и ее расчет | ||
| Расчет узлов усилительных устройств согласно заданию курсовой работы | ||
| Формирование электрической принципиальной схемы выпрямителя и ее расчет | ||
| Расчет узлов вторичного источника питания радиоаппаратуры согласно заданию курсовой работы | ||
| Построение схемы генератора гармонических колебаний | ||
| Классификация микросхем и их условные обозначения | ||
| Всего за семестр |
1.4.4 Самостоятельная работа студентов, содержание и объем в
часах (СРС)
Самостоятельная работа студентов включает:
- выполнение ИДЗ (индивидуальные домашние задания);
- подготовка к выполнению и защите лабораторных работ (тесты, устный коллоквиум);
- проработка тестов то текущим темам;
- подготовка к текущим рубежным и итоговым контролям;
- самостоятельное изучение тем, не вошедших в аудиторные часы.
1) ИДЗ (индивидуальные домашние задания) выполняются в соответствии с вариантом указанным преподавателем в методическом пособии по выполнению лабораторной работы и контролируются преподавателем на СРС(п):
2) Подготовка к тестовому контролю проводится самостоятельно, тестовый опрос проводится в часы лабораторных занятий. Банк тестовых вопросов предоставляется согласно календарному плану освоения дисциплины.
| Тема | Номер теста | Кол-во баллов | Неделя выполнения |
| Исследование свойств пассивных цепей | Тест 1 | ||
| Исследование биполярного транзистора | Тест 2 | ||
| Расчет ключевого каскада | Тест 3 | ||
| Расчет однокаскадного усилителя на биполярном транзисторе в режиме постоянного тока | Тест 4 | ||
| Расчет однокаскадного усилителя на биполярном транзисторе в динамическом режиме | Тест 5 | ||
| Тестирование по курсу | Тест 6 |
3) Коллоквиум (устный опрос) проводится при защите лабораторных работ. Перечень вопросов для защиты лабораторных работ приведен ниже:
-Нарисуйте ВАХ диода и объясните на ее примере свойства р-п-перехода. Запишите аналитическое выражение ВАХ идеального диода.
-Укажите на ВАХ стабилитрона рабочий участок. Назовите основные параметры стабилитрона.
-В каком направлении смещают р-п-переход светодиода в рабочем включении?
-Объясните конструкцию биполярного транзистора и назначение его электродов.
-Какие схемы включения биполярного транзистора используются на практике?
-Что называют входными и выходными характеристиками транзистора?
-Какова взаимосвязь между токами эмиттера, коллектора и базы транзистора?
-Что такое h-параметры транзистора?
-Что такое схема замещения транзистора и для каких целей она используется?
--Какова взаимосвязь напряжений между электродами транзистора?
-Покажите на экспериментальных графиках вольт-амперную характеристику эмиттерного перехода.
-Покажите на экспериментальных графиках вольт-амперную характеристику коллекторного перехода.
- Объясните назначение элементов в усилителе.
-Какие параметры транзистора ограничивают рабочую область его выходных характеристик?
-Как выбирается точка покоя транзистора?
-Как влияет сопротивление нагрузки на коэффициент усиления по напряжению?
- Как влияет входное сопротивление усилителя на коэффициент усиления по напряжению?
-Какие элементы схемы определяют нижнюю и верхнюю граничные частоты?
2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА «ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В RC ЦЕПИ»
Задание к лабораторной работе
На вход RC – цепи в момент времени t= 0 поступает импульс напряжения амплитудой Uвх и длительностью Т.
Рисунок 1- Схема RC- цепи
Построить диаграммы i(t) - тока, UR(t) и UС(t) - напряжений на элементах RC-цепи (см. рис 1) при табличных заданных параметрах согласно варианту (см. табл. 1):
Таблица 1- Варианты заданий работы
| № варианта | E, В | С, мФ | Т, С | R, кОм |
| 0.01 | 0.01 | |||
| 0.01 | 0.02 | |||
| 0.01 | 0.025 | |||
| 0.01 | 0.03 | |||
| 0.01 | 0.035 | |||
| 0.01 | 0.04 | |||
| 0.01 | 0.045 | |||
| 0.05 | 0.05 | |||
| 0.05 | 0.055 | |||
| 0.05 | 0.06 | 3.3 | ||
| 0.05 | 0.065 | |||
| 0.05 | 0.07 | |||
| 0.05 | 0.075 | 4.5 | ||
| 0.05 | 0.01 | |||
| 0.05 | 0.02 | |||
| 0.025 | 0.03 | |||
| 0.025 | 0.04 | |||
| 0.025 | 0.05 | |||
| 0.025 | 0.06 | |||
| 0.025 | 0.07 |