\
Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное учреждение высшего
«Национальный исследовательский университет
«Высшая школа экономики»
МИЭМ
Факультет «Электроника и телекоммуникации»
Кафедра «Микросистемная техника, материаловедение и технологии»
Программа дисциплины
“Электронные устройства технических систем”
для подготовки инженеров
Направление подготовки 550200 Автоматизация и управление
Специальность 220201.65 - Управление и информатика в
технических системах
Автор программы
профессор, д. т.н.
Рекомендована секцией УМС
по УиИТС каф МТМиТ
Председатель профессор, д. т.н.
________________________________
«_____» __________________ 2012 г.
Одобрена на заседании кафедры
Микросистемная техника, материаловедение и технологии
Зав. кафедрой профессор, д. т.н.
___________________________ _____
«____»_____________________ 2012 г.
Утверждаю
Декан факультета Электроника и телекоммуникации
профессор, д.т. н.
________________________________
«____»_____________________ 2012 г.
Москва, 2012 год
1. Цели и задачи дисциплины.
1.1. Цель преподавания дисциплины.
Дисциплина «Электронные устройства технических систем» является одной из фундаментальных дисциплин, относящейся к блоку дисциплин специализации, и направлена на подготовку специалистов к производственной работе в области разработки и создания технических средств для систем управления технических объектов, технологических линий и производственных процессов.
1.2. Задачи изучения дисциплины.
Основные знания, получаемые студентами при изучении дисциплины, заключаются в.
· представлении о физических процессах в полупроводниковых приборах, знание их характеристик и областей применения.
· знание структур, принципов построения, областей применение и методов расчета основных электронных схем аналогового и цифрового действия.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплин.
Основные умения, приобретаемые студентами при изучении дисциплины:
· умение анализировать физические процессы, происходящие в электронных устройствах и схемах.
· умение выполнять расчетные работы по созданию аналоговых и цифровых электронных устройств, обеспечивать их наладку, испытание и рациональное техническое обслуживание.
Основные навыки, получаемые студентом в процессе изучения дисциплины:
· способность решения творческих, исследовательских задач за счет самостоятельного изучения и проработки технической литературы, анализа и синтеза электронных схем с учетом их назначения, требуемых характеристик и параметров, экспериментального исследования разработанных электронных схем.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы.
Вил учебной работы | Всего часов | Семестры | |
6 | 7 | ||
Общая трудоемкость дисциплины | 150 | 67 | 83 |
Аудиторные занятия | 119 | 51 | 68 |
Лекции (Л) | 68 | 34 | 34 |
Практические занятия (ПЗ) | 17 | - | 17 |
Семинары (С) | - | - | - |
Лабораторные работы (ЛР) | 17 | 17 | - |
Самостоятельная работа | 31 | 16 | 15 |
Курсовой проект (работа) | 17 | - | 17 |
Вид итогового контроля (зачет, экзамен) | Зачет, экзамен | экзамен | зачет |
4. Содержание дисциплины.
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий.
№ п/п | Разделы дисциплины и виды занятий | Лекции, час | ПЗ, час | ЛР, час |
1 | Аналоговые электронные устройства технических систем: · Усилители электрических сигналов · Активные фильтры · Генераторы гармонических сигналов · Генераторы импульсных сигналов и линейно-изменяющегося напряжения · Вторичные источники питания · Аналоговые ключи | 8 2 6 8 4 2 | 2 2 2 | 4 4 |
2 | Цифровые электронные устройства технических систем:· Логические элементы · Комбинационные цифровые устройства · Последовательные цифровые устройства · Цифровые запоминающиеся устройства · Программируемые логические интегральные схемы | 12 4 2 2 4 | 2 2 2 | 4 5 |
3 | Аналоговые и цифровые преобразователи электрических сигналов: · Компараторы и преобразователи уровней напряжения · Аналого-цифровые преобразователи · Цифроаналоговые преобразователи · Перемножители сигналов и устройств, выполняющие математические операции · Преобразователи напряжение-частота | 4 2 2 2 2 | ||
4 | Анализ и синтез электронных устройств с использованием современных систем математического моделирования | 2 | 5 |
4.2. Содержание разделов дисциплины.
Раздел 1. Аналоговые электронные устройства технических систем.
1. Лекция 1. Классификация, основные параметры, характеристики, особенности функционирования усилителей.
2. Лекция 2. Усилители на биполярных транзисторах. Обратная связь (ОС) в усилителях. Усилители на полевых транзисторах. Дифференциальные усилительные каскады. Мощные усилительные каскады.
3. Лекции 3,4. Операционные усилители. Параметры, характеристики, схемотехнические особенности, принцип работы операционных усилителей (ОУ). Линейные схемы на основе операционных усилителей.
4. Лекция 5. Активные фильтры. Типовые реализации звеньев фильтров нижних и верхних частот, полосовых, заграждающих, корректоров фазовых и амплитудных. Аппроксимация АЧХ многозвенных фильтров. Чувствительность параметров фильтра к вариациям наиболее нестабильных элементов. Схемы активных фильтров.
5. Лекции 6,7. Генераторы гармонических сигналов. Параметры, характеристики, условия возникновения и генерирования гармонических колебаний. Автоколебательные генераторы с двумя ОС. Управляемые автогенераторы. Область применения автогенераторов.
6. Лекция 8. Применение ОУ для построения генераторов. Перестройка частоты в генераторе на двух ОУ. Методика расчета параметров генератора. Влияние частотных свойств усилителя на частоту генератора. Автогенераторы с кварцевой стабилизацией частоты колебаний. Применение кварцевых генераторов.
7. Лекции 9,10. Генераторы импульсных сигналов. Мультивибраторы на ОУ. Расчет длительности генерируемых импульсов. Заторможенные мультивибраторы.
8. Лекции 11,12. Генераторы линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН). Основные параметры. Разновидности генераторов. ГЛИН на ОУ, область применения.
9. Лекции 13,14. Вторичные источники питания. Параметрические и компенсационные источники питания, их основные характеристики и методы расчета. Стабилизаторы напряжения, инверторы, умножители напряжения, управляемые выпрямители.
10. Лекция 15. Аналоговые коммутаторы (аналоговые ключи) на биполярных транзисторах. Параметры, характеристики, схемотехнических особенности и принцип работы. Способы повышения быстродействия работы ключей.
Раздел 2. Цифровые электронные устройства технических систем.
11. Лекция 16. Импульсный режим работы и цифровое представление преобразуемой информации. Анализ статических и динамических параметров в импульсных схемах. Помехоустойчивость в импульсных схемах.
12. Лекция 17. Ключевые элементы логических схем на биполярных и МДП-транзисторах. Логические функции и способы их записи. Особенности построения логических устройств.
13. Лекция 18. Интегральные схемы на биполярных транзисторах. Многоэмиттерный транзистор. Анализ статического режима ТТЛ-схемы с использованием нелинейной модели транзистора. Расчет ТТЛ-схемы. Переходные процессы ТТЛ-схемы. ТТЛ-схема со сложным инвертором. Схема ТТЛ с диодами Шоттки.
14. Лекция 19. Логические схемы на переключателях тока. Интегральные схемы эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ). Принципиальная схема, статические параметры. Анализ переходных процессов логических схем на переключателях тока.
15. Лекция 20. Особенности интегральных схем с инжекционным питанием (ИИЛ). Сравнительный анализ интегральных схем. Сравнение статических и динамических характеристик и мощности рассеивания.
16. Лекция 21. Интегральные схемы на МДП-транзисторах. Параметры и характеристики КМДП-схемы. Интегральные схемы на приборах с зарядовой связью. Сравнительный анализ.
17. Лекция 22. Преобразователи уровней напряжения логических элементов. Согласование разнотипных логических элементов между собой. Согласование схем на биполярных транзисторах и МДП-транзисторах.
18. Лекции 23,24. Комбинационные цифровые устройства. Шифраторы, дешифраторы, преобразователи кодов. Мультиплексоры и демультиплексоры, сумматоры.
19. Лекция 25. Последовательные цифровые устройства. Триггеры, счетчики, регистры.
20. Лекция 26. Цифровые запоминающие устройства. Структура запоминающих устройств. Оперативные запоминающие устройства. Постоянные запоминающие устройства. Флэш-память. Использование ПЗУ для регистрации цифровых устройств.
21. Лекция 27. Программируемые логические интегральные схемы. Программируемые логические матрицы. Базовые матричные кристаллы. Программируемые логические интегральные схемы комбинированной архитектуры.
Раздел 3. Аналоговые и цифровые преобразователи электрических сигналов.
22. Лекция 28. Классификация аналоговых и цифровых интегральных схем, предназначенных для преобразование электрических сигналов. Ограничители амплитуды на операционных усилителях. Основные характеристики и особенности работы.
23. Лекция 29. Пороговые формирующие устройства. Триггер Шмитта, особенности принципиальной схемы, характеристики и область применения. Пороговые устройства на операционных усилителях.
24. Лекция 30. Аналоговые компараторы напряжения. Принципиальная схема, особенности работы, параметры. Преобразователи напряжения в частоту импульсов: с поочередным интегрированием аналоговой величины, с переключением направления интегрирования, с замкнутой структурой.
25. Лекция 31. Аналого-цифровые преобразователи. Классификация, основные электрические параметры, схемы включения. Последовательные, параллельные и последовательно-параллельные АЦП.
26. Лекция 32. Цифро-аналоговые преобразователи. Классификация, основные параметры, схемы включение, область применения. Микроэлектронные АЦП и ЦАП.
27. Лекция 33. Перемножители сигналов и устройства, выполняющие математические операции на операционных усилителях. Интеграторы, дифференциаторы, логарифматоры, антилогарифматоры.
Раздел 4. Анализ и синтез электронных устройств с использованием современных систем математического моделирования.
28. Лекция 34. Особенности математического моделирования электронных устройств с помощью программного средств P-SPICE. Общие сведения о схемотехническом проектировании.
4.3. Понедельный план проведения лекционных и практических занятий.
№ недели в семестр | № недели | Содержание разделов дисциплины |
1 | 1 | Раздел 1. Лекция 1 |
2 | 2 | Лекция 2 |
3 | 3 | Лекция 3 |
4 | 4 | Лекция 4 |
5 | 5 | Лекция 5 |
6 | 6 | Лекция 6 |
7 | 7 | Лекция 7 |
8 | 8 | Лекция 8 |
9 | 9 | Лекция 9 |
10 | 10 | Лекция 10 |
11 | 11 | Лекция 11 |
12 | 12 | Лекция 12 |
13 | 13 | Лекция 13 |
14 | 14 | Лекция 14 |
15 | 15 | Лекция 15 |
16 | 16 | Раздел 2. Лекция 16 |
17 | 17 | Лекция 17 |
1 | 18 | Лекция 18 (ПЗ, Раздел 1) |
2 | 19 | Лекция 19 |
3 | 20 | Лекция 20 (ПЗ, Раздел 1) |
4 | 21 | Лекция 21 |
5 | 22 | Лекция 22 (ПЗ, Раздел 1) |
6 | 23 | Лекция 23 |
7 | 24 | Лекция 24 (ПЗ, Раздел 2) |
8 | 25 | Лекция 25 |
9 | 26 | Лекция 26 (ПЗ, Раздел 2) |
10 | 27 | Лекция 27 |
11 | 28 | Раздел 4. Лекция 34 (ПЗ, Раздел 2) |
12 | 29 | Раздел 3. Лекция 28 |
13 | 30 | Лекция 29 (ПЗ, Раздел 4) |
14 | 31 | Лекция 30 |
15 | 32 | Лекция 31 (ПЗ, Раздел 4) |
16 | 33 | Лекция 32 |
17 | 34 | Лекция 33 (ПЗ, Раздел 4) |
5. Лабораторный практикум.
№ п/п | № раздела дисциплины | Наименование лабораторных работ |
1 | 1 | Транзисторный ключ |
2 | 1 | Мультивибратор на операционном усилители |
3 | 2 | Исследование статических и динамических параметров ИС транзисторно-транзисторной логики |
4 | 2 | Исследование статических и динамических параметров ИС на комплиментарных МДП-транзисторах |
На лабораторных занятиях студенты изучают основные свойства и специфические особенности работы электронных устройств технических систем, построенных на базе интегральных микросхем. С использованием современного лабораторного оборудования они экспериментально измеряют параметры и снимают характеристики электронных устройств.
Курсовой проект представляет собой самостоятельную работу студентов в объеме 17 часов под контролем преподавателя и выполняется для развития навыков инженерной деятельности. В курсовом проекте предусматривается разработка устройства, выполняющего функциональное преобразование информации, хранение информации и т. п. Результаты курсового проекта представляются в виде расчетно-пояснительной записки и графической части.
Тематика курсового проектирования:
1. Разработать формирователь прямоугольных импульсов с заданной длительностью на интегральных микросхемах (ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ, КМОП).
2. Электронные устройства управления световыми индикаторами.
3. Электронные устройства автоматических систем на интегральных микросхемах.
4. Сложные управляемые генераторы синусоидальных сигналов.
5. Разработка функциональных устройств технических систем на интегральных операционных усилителях.
Самостоятельная работа студентов (тематика)
Самостоятельная работа студентов в течение двух семестров составляет 31 час и направлена на изучение дисциплины по списку основной и дополнительной литературы для углубленного изучения всех разделов рабочей программы.
1. Операционные усилители, принцип работы, характеристики.
2. Транзисторные схемы с инжекционным питанием, принцип работы, характеристики.
3. Основные технологические процессы при изготовлении интегральных микросхем.
4. Мощные транзисторные схемы, особенности, характеристики.
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
6.1. Рекомендуемая литература.
а) основная литература:
1. , «Электроника и микропроцессорная техника»,—М.: Высшая школа, 2004г.
2. , , «Электроника: учебное пособие»,—Ростов-на-Дону: «Феникс», 2003г.
3. «Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования»—М.: Мир, 2001г.
4. «Логические элементы ЭВМ»—М.: Высшая школа, 1990г.
б) дополнительная литература:
1. «Популярные цифровые микросхемы. Справочник»—М.: Радио и связь, 1987г.
2. , , и др. «Расчет электронных схем. Примеры и задачи: учебное пособие»—М.: высшая школа, 1987г.
6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины.
Для детального изучения различных разделов рабочей программы имеются методические рекомендации по выполнению лабораторных работ.
7. Материально техническое обеспечение дисциплины.
Учебная лаборатория «Электронные и микропроцессорные устройства технических систем» позволяет проводить лабораторный практикум с использованием лабораторного оборудования по электронике ЛОЭ-2; учебный лабораторный стенд УМ-16 и УМ-11 для исследования цифровых схем, осциллографы, генераторы импульсных сигналов, миллиамперметры, вольтметры, источники питания.
