Рабочая программа

Государственное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Естественно-научный институт

полное наименование института, факультета

	УТВЕРЖДАЮ
	Заведующий кафедрой _______________// подпись, Ф. И.О.
	«__» _______________ 2010 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины Физические основы электроники    

____________________

(наименование дисциплины)

для специальности(ей) «Физика и техника оптической связи»

(шифр и наименование специальности)

Составитель (и) профессор, д. ф.-м. н.

(Ф. И.О., должность, ученое звание)

Обсуждена на заседании кафедры «Оптические системы связи» 

«__» _____________20___ г., протокол № _____

Одобрена на заседании методической комиссии  _

  Естественно-научного института

(учебное структурное подразделение)

«__» _____________20___ г., протокол № _____

Председатель ________________________/__________________/

(подпись, Ф. И.О.)

2010 г.

Рабочая программа

по дисциплине Физические основы электроники

специальности Физика и техника оптической связи

1 Цели и задачи дисциплины

1.1 Цель преподавания дисциплины

Данный курс "Физические основы электроники" (ФОЭ) ставит своей целью ознако­мить студентов, обучающихся по специальности "Физика и техника оптической связи" с основными понятиями и законами физики твердого тела, элементами зонной теории твердого тела, закономерностями работы р-п перехода, с работой полупровод­никовых приборов (активных и пассивных).

Основные задачи изучения курса - основы зонной теории; принципы электропро­водности полупроводников; принципы действия, физические процессы и параметры би­полярных и униполярных транзисторов в диапазоне низких и высоких частот, тиристо­ров, лавинных транзисторов, фотодиодов и фототранзисторов, датчиков Холла

1.2 Задачи изучения дисциплины

Изучив дисциплину студент должен:

1.2. 1. Знать: электрофизические свойства твердых тел. основы зонной теории электро­проводности полупроводников; контактные явления в полупроводниках; физические яв­ления (туннельный эффект ударная ионизация и др.), вызывающие отклонения от идеализированной модели; закономерности работы электронно-дырочного перехода (математическая мо­дель идеализированного р-n перехода), физические процессы в контактах полупровод­ников с различной шириной запрещенной зоны (гетеропереходы): фотоэлектрические явления в полупроводниках и переходах, фотопроводимость и фотогальванический эффект: термоэлектрические явления (эффект Пельтье и Зеебека): гальваномагнитный эффект Холла;

1.2.2. Уметь: решать простые задачи применения полупроводниковых приборов в электронных схемах.

1.2.3. Приобрести: навыки в теоретических и экспериментальных методах исследо­вания и применения полупроводниковых приборов.

Для успешного изучения дисциплинарного модуля необходимо хорошо освоить дисциплины «Высшая математика», «Физика», «Информатика», «Иностранный язык», «Методы математической физики», «Вычислительная техника и информационные технологии».

Логические связи курса «Физические основы электроники» с обеспечивающими дисциплинами представлены в табл. 1.

Таблица 1

Логические связи курса «Физические основы электроники»
с другими дисциплинами

№ п/п	Наименование обеспечивающих дисциплин		Элемент модуля (раздел)
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Иностранный язык	+	+	+	+	+	+	+	+	+
2	Математика	+	+	+	+	+	+	+	+	+
3	Информатика	+	+	+	+	+	+	+	+	+
4	Физика	+	+	+	+	+	+	+	+	+
5	Методы математической физики				+	+
6	Вычислительная техника и информационные технологии	+	+	+	+	+	+	+	+	+

2 Состав и объем дисциплины

Дисциплина «Физические основы электроники» изучается в течение 3-го семестра (18 недель) и включает:

- лекций - 36 часов

- лабораторных работ - 18 часов

- итого аудиторных занятий - 54 часа

- самостоятельная работа - 54 часа

- трудоемкость дисциплины - 3 зач. ед.

- рубежный контроль - 2

- экзамен

- курсовая работа

3 Структура дисциплины «Физические основы электроники»

Дисциплина «Физические основы электроники» включает в себя изучение элементов модуля (разделов), перечисленных в таблице 2.

Таблица 2

Перечень элементов модуля (разделов) дисциплины
«Физические основы электроники»

№	Название элемента модуля (раздела)
1	Введение. Пассивные электронные элементы. Основы зонной теории твердого тела
2	Носители заряда
3	Контактная разность потенциалов
4	Идеализированный электронно-дырочный переход
5	Электронно-дырочный переход. Токи в полупроводниках
6	Свойства перехода
7	Биполярный, дрейфовый, униполярный транзисторы
8	Фото - и термоэлектрические явления в полупроводниках
9	Электровакуумные приборы; газонаполненные приборы

4 Содержание лекционного курса

Перечень тем лекционного курса и их краткое содержание приведено в таблице 3.

Таблица 3

Тематическое содержание лекционного курса (модуль 1)

Элемент модуля	Лекция	Тема, краткий перечень рассматриваемых вопросов	Кол-во часов
1	1	Пассивные электронные элементы и их характеристики. Резисторы, конденсаторы, дроссели.	2
2	Элементы зонной теории твердого тела, кристаллическая решетка, типы связей, дефек­ты решетки; собственный и примесные полупроводники; зонные диаграммы.	2
2	3	Генерация и рекомбинация носителей заряда; равновесные концентрации носителей заряда, распределение по энергии, влияние поверхностных состояний; эффект внешнего поля.	4
3	4	Природа контактной разности потенциалов, работа выхода, зонные диаграммы контак­тов металл - полупроводник и полупроводник - полу проводник (электронно-дырочный переход). Электронно-дырочный переход в равновесии.	2
4	5	Математическая модель идеализированного электронно-дырочного перехода; Физические явления (туннельный эффект, ударная ионизация и др.). вызывающие от­клонения от идеализированной модели р-п перехода.	2
5	6	Диффузионные и дрейфовые токи в полупроводниках и переходах; В АХ р-п перехода; Омический контакт.	4
7	Силовые, опорные и импульсные диоды; гетеропереходы.	2
6	8	Инерционные свойства р-п перехода; барьерная и диффузионная емкости.	2
9	Биполярный транзистор. Работа биполярного транзистора в схемах с общей базой и общим эмиттером.	2
7	10	Дрейфовый транзистор. Эквивалентная схема, некоторые параметры и характеристики дрейфовых транзисторов.	2
11	Канальный транзистор, принцип работы. Транзисторы с изолированным затвором.	2
8	11	Фотоэлектрические явления в полупроводниках и переходах, фотопроводимость и фо­то га льва нический эффект.	2
12	Термоэлектрические явления (эффекты Пельтье и Зеебека); гальваномагнитный эффект Холла. Прямой и обратный пьезоэлектрические эффекты.	2
9	13	Термоэлектронная эмиссия, вторичная электронная эмиссия. Электронные лампы. Их характеристики и свойства.	2
14	Понятие о плазме и электрическом разряде в газе. Газоразрядные приборы. Кварцевые резонаторы и их электрофизические свойства	2
15	Роль физических основ электроники в развитии полупроводниковых приборов, микро­электроники, электровакуумных и газоразрядных приборов, электронно-лучевых и ин­дикаторных приборов.	2
Итого	36

5 Содержание лабораторных работ

Целью лабораторных работ является приобретение практических навыков анализа и синтеза систем автоматического управления.

Методическим обеспечением проведения лабораторных работ являются учебники, методические указания и пособия.

Таблица 4

Перечень лабораторных работ (модуль 1)

Элемент модуля	№	Содержание лабораторных работ	Кол-во часов
	1	Изучение компьютерной программы	2
1	2	Изучение конденсаторов	2
2,3,4,5	3	Изучение полупроводниковых диодов	4
6,7,8	4	Изучение транзисторов	3
8,9	5	Изучение кварцевых резонаторов	3
9	6	Изучение электронных ламп	4
Итого	18

6 Содержание материала самостоятельных занятий

6.1 Курсовая работа

Целью курсовой работы является закрепление теоретического материала изложенного в рамках лекционного курса. Выполнение студентами курсовой работы является важным средством более глубокого усвоения учебного материала и приобретения практических навыков по отдельным темам в зависимости от варианта учащегося

Содержание курсовой работы представлено в таблице 5.

Таблица 5

Разделы курсовой работы

Элемент модуля	Раздел	Содержание раздела
7	1	Расчет аналогового квадратора на эффекте Холла.
5	2	Расчет концентраций примесей, геометрии и тепловых параметров плоскостного полупро­водникового диода.
9	3	Расчет кварцевого генератора.

6.2 Подготовка к лекциям

Основная цель данного вида самостоятельной работы - закрепление и развитие знаний, полученных на лекциях. Минимальный объем в часах из расчета 0,2 часа на 1 час лекции и составляет 8 часов.

6.3 Подготовка к лабораторным работам

Основная цель данного вида самостоятельной работы - закрепление и развитие знаний, полученных на лабораторных работах. Минимальный объем в часах из расчета минимум 0,5 часа на 1 час лабораторного занятия и составляет 9 часов.

6.4 Подготовка к зачету

На подготовку к экзамену в конце изучения дисциплины (3-ой семестр) выделятся в соответствии с нормами – 18 часов.

7 Форма контроля усвоения материала

Текущий контроль усвоения теоретического курса в течение семестра осуществляется на консультациях, лабораторных занятиях и при защите курсовой работы в виде устного опроса. В конце семестра степень овладения материалом дисциплины проверяется на экзамене.

8 Вопросы к экзамену

Таблица 6

Вопросы для подготовки к экзамену

№	Вопрос
1	Виды резисторов, применяемых в электронных схемах.
2	Характеристики и условное обозначение резисторов.
3	Виды конденсаторов, применяемых в электронных схемах.
4	Параметры конденсаторов: номинальное значение, его отклонение, номинальное напря­жение, ТКЕ.
5	Параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, тангенс угла потерь, реактивная мощность и предельный постоянный ток.
6	Зонная теория твердого тела. Обоснование понятия свободного электрона и дырки.
7	Распределение свободных носителей заряда в чистом полупроводнике.
8	Распределение свободных носителей заряда в полупроводнике n — типа.
9	Электровакуумные приборы. Термоэлектронная эмиссия. Электровакуумный диод.
10	Электровакуумный триод. Его статические и нагрузочные характеристики.
11	Основные параметры и обозначение электровакуумных триодов.
12	Многосеточные электронные лампы, их типы, назначение и условное обозначение.
13	Распределение свободных носителей заряда в полупроводнике р — типа.
14	Электропроводность однородного гомогенного полупроводника.
15	Полупроводниковые термосопротивления, термисторы.
16	Эффект Ганна. Диоды Ганна.
17	Основные уравнения для описания полупроводниковых приборов. Диффузионный, дрей­фовый и полный токи.
18	Равновесие в р — n - переходе. Равенство уровней Ферми областей.
19	Контактная разность потенциалов при равновесии р — n - перехода.
20	Качественное описание работы п/п диода в открытом и закрытом состояниях. Пробой диода.
21	Количественное описание работы п/п диода в открытом и закрытом состояниях.
22	Дифференциальное сопротивление, барьерная и диффузионная емкости перехода.
23	Ширина и емкость р — n - перехода.
24	Варикапы и варакторы. Зависимость емкости перехода от напряжения.
25	Стабилитроны и стабисторы.
26	Туннельный и обращенный диоды. Их принцип действия, характеристики и применение.
27	Униполярные транзисторы. Качественное описание работы.
28	Количественно описание работы полевого транзистора.
29	Устройство, принцип действия и характеристики биполярного транзистора.
30	Усилительный каскад на биполярном транзисторе.
31	Усилитель с общей базой.
32	Усилитель с общим коллектором.
33	Кварцевые резонаторы. Схема замещения и свойства.
34	Кварцевые генераторы. Их виды и особенности.
35	Нелинейное преобразование сигналов.
36	Принцип умножения частоты.
37	Преобразование частоты. Смесители.
38	Делители частоты. Регенеративный делитель.
39	Преобразование частоты с ФАПЧ.
40	Декадный синтезатор частоты.

9 Примерный календарный план дисциплины

10 Литература

Список основной литературы

1. Жеребцов электроники. - Л.: Энергоатомиздат, 1989

2. Прянишников . Курс лекций. - СПб, КОРОНА принт, 1998

3. Федотов физики полупроводниковых приборов.- М: Советское радио, 1969

11 Методическое обеспечение дисциплины

1. Методические указания по выполнению лаб. раб. № 1 "Изучение компьютерной про­граммы»

2. Методические указания по выполнению лаб. раб. № 2 "Изучение электронных ламп".

3. Методические указания по выполнению лаб. раб. № 3 "Изучение конденсаторов".

4. Методические указания по выполнению лаб. раб. № 4 "Изучение кварцевых резонат-ров".

5. Методические указания по выполнению лаб. раб. № 5 "Изучение полупроводниковых диодов".

6. Методические указания по выполнению лаб. раб. № 6 "Изучение транзисторов"