Программа дисциплины Теория электрических цепей

Правительство Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"

Факультет электроники и телекоммуникаций

Программа дисциплины

Теория электрических цепей

специальности 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» подготовки бакалавров

Автор программы:

, к. т.н., доцент, *****@***ru

Одобрена на заседании кафедры ___________________________«___»____________ 20 г

Зав. кафедрой ______________________

Рекомендована секцией УМС _____________________________ «___»____________ 20 г

Председатель ______________________

Утверждена УС факультета ______________________________ «___»_____________20 г.

Ученый секретарь _________________________ ________________________ [подпись]

Москва, 2011

Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы.

1. Цели и задачи дисциплины: Теоретическая и практическая подготовка студентов в области электротехники, формирование у студентов целостного представления о специфике и закономерностях развития науки и техники, развития у них умения самостоятельно углублять и развивать полученные знания в области электротехники.

2. Место дисциплины в структуре ООП: Дисциплина Б3.Б2. относится к профессиональному циклу.

Виды учебной работы: лекции, лабораторные работы, практические занятия, курсовая работа.

Изучение дисциплины заканчивается экзаменом.

Для изучения дисциплины необходимы знания, полученные из курсов:

Физика, Математический анализ; Линейная алгебра и аналитическая геометрия; Информатика;

Данная дисциплина является предшествующей для курсов:

·  Электроника;

·  Общая теория связи;

·  Схемотехника телекоммуникационных устройств;

·  Электропитание устройств и систем телекоммуникаций

(указывается цикл, к которому относится дисциплина; формулируются требования к входным знаниям, умениям и компетенциям студента, необходимым для ее изучения; определяются дисциплины, для которых данная дисциплина является предшествующей)

3. Требования к результатам освоения дисциплины:

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

·  Иметь навыки самостоятельной работы на компьютере и в компьютерных сетях; осуществлять компьютерное моделирование устройств, систем и процессов с использованием универсальных пакетов прикладных компьютерных программ (ПК-2);

·  Знать метрологические принципы и владеть навыками инструментальных измерений, используемых в области инфокоммуникационных технологий и систем связи (ПК-4);

·  Уметь проводить расчеты по проекту сетей, сооружений и средств связи в соответствии с техническим заданием с использованием как стандартных методов, приемов и средств автоматизации проектирования так и самостоятельно создаваемых оригинальных программ; уметь проводить технико-экономическое обоснование проектных расчетов с использованием современных подходов и методов (ПК-14);

·  Способностью спланировать и провести необходимые экспериментальные исследования, по их результатам построить адекватную модель, использовать ее в дальнейшем при решении задач создания и эксплуатации инфокоммуникационного оборудования (ПК-18);

·  Готовностью к организации работ по практическому использованию и внедрению результатов исследований (ПК - 19);

(указываются в соответствии с ФГОС ВПО)

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать: основы теории, методы и средства теоретического и экспериментального исследования линейных и нелинейных электрических и радиотехнических цепей при гармонических и негармонических воздействиях; основы теории четырехполюсников и цепей с распределенными параметрами, электрических аналоговых, дискретных и цифровых фильтров.

Уметь: рассчитывать и измерять параметры и характеристики линейных и нелинейных электрических цепей, рассчитывать и анализировать параметры электрических цепей и фильтров на персональных компьютерах.

Владеть: моделями; навыками экспериментального исследования электрических цепей в рамках физического и математического моделирования.

4. Объем дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы	Всего часов / зачетных единиц	Семестры
2	3
Аудиторные занятия (всего)	108	72	36
В том числе:	-	-	-	-	-
Лекции	36	18	18
Практические занятия (ПЗ)	36	36	-
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)	36	18	18
Самостоятельная работа (всего)	108	54	54
В том числе:	-	-	-	-	-
Курсовой проект (работа)		К. р.
Расчетно-графические работы
Реферат
Другие виды самостоятельной работы
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)		Зачет	Экз.
Общая трудоемкость часы зачетные единицы	216	126	90

(Виды учебной работы указываются в соответствии)

5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Содержание раздела
1.	Линейные цепи с сосредоточенными параметрами. Основные законы, описывающие электрические цепи с сосредоточенными параметрами на постоянном токе.	Введение. Рассмотрение электрических цепей в линейном приближении. Физические оценки границ применимости линейного приближения для описания электрических цепей. Закон Ома для участка цепи. Законы Кирхгофа. Расчет электрического режима цепи с сосредоточенными параметрами на постоянном токе.
2.	Переменный электрический ток. Периодический переменный ток. Представление периодического тока в виде суммы синусоидальных составляющих. (Ряд Фурье.)	Понятие непериодического и периодического переменного тока. Периодически изменяющийся электрический ток, представление периодической функции рядом Фурье. Синусоидально изменяющийся электрический ток и напряжение.
3.	Метод комплексных амплитуд и методы построения математических моделей линейных электрических цепей с сосредоточенными параметрами для синусоидального тока.	Метод комплексных амплитуд и обоснование возможности использования этого метода для расчета электрического режима цепи с сосредоточенными параметрами при прохождении по ней синусоидально изменяющегося электрического тока. Закон Ома для участка цепи с синусоидальным током и напряжением (запись в комплексной форме). Алгебраическая и показательная форма записи комплексных амплитуд (действующих значений) и комплексных сопротивлений (проводимостей). Источник питания в электрической цепи и его два эквивалентных представления в виде источника тока и источника напряжения. Эквивалентные преобразования фрагментов электрической цепи (последовательное и параллельное соединение участков цепи). Пассивный и активный двухполюсник. Метод пропорциональных величин.
4.	Методы расчета сложных электрических цепей.	Применение законов Кирхгофа к расчету линейных электрических цепей. Методы контурных токов и узловых потенциалов.
5.	Электрические фильтры. Анализ и синтез.	Типы фильтров. Синтез фильтров.
6.	Анализ и расчет магнитных цепей.	Статические характеристики магнитных материалов. Основные законы магнитной цепи. Законы Кирхгофа для магнитной цепи. Аналогия между магнитными и электрическими цепями.
7.	Переходные процессы в линейных электрических цепях с сосредоточенными параметрами.	Понятие переходного процесса. Определение начальных условий (Законы коммутации). Дифференциальное уравнение для электрической цепи, содержащей последовательно соединенные R и C элементы. Дифференциальное уравнение для электрической цепи, содержащей последовательно соединенные R и L элементы. Дифференциальное уравнение для электрической цепи, содержащей последовательно соединенные R, L и C элементы. Переходные процессы при «некорректных» начальных условиях. Переходной процесс при воздействии на вход цепи произвольно изменяющегося напряжения. (Интеграл Дюамеля). Операторный метод.
8.	Линейные четырехполюсники.	Системы параметров четырехполюсников. Определение коэффициентов четырехполюсника. Связь между коэффициентами различных систем параметров четырехполюсников. Симметричные четырехполюсники. Схема замещения симметричного четырехполюсника. Входное сопротивление четырехполюсника. Применение матриц к расчету четырехполюсников и их соединений.
9.	Длинные линии	Электрическая модель длинной линии. Дифференциальные уравнения однородной линии (Телеграфные уравнения длинной линии (общий вид)). Запись телеграфных уравнений для синусоидального входного воздействия. Решение телеграфных уравнений для случая синусоидального входного воздействия. Падающая и отраженная волны. Вторичные параметры длинной линии. Линия без потерь. Зависимость режима длинной линии от нагрузки. Согласованная нагрузка. Входное сопротивление длинной линии (Общий случай). Входное сопротивление длинной линии при коротком замыкании и холостом ходе на ее конце. Отрезок длинной линии при коротком замыкании и холостом ходе на ее конце как эквивалент емкости или индуктивности.

(Содержание указывается в дидактических единицах. По усмотрению разработчиков материал может излагаться не в форме таблицы)

5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми

(последующими) дисциплинами

№ п/п	Наименование обеспе-чиваемых (последую-щих) дисциплин	№ № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1.	Электроника			+	+			+
2.	Общая теория связи	+	+	+	+	+	+	+	+	+
3.	Схемотехника телекоммуникационных устройств	+	+	+	+	+	+	+	+	+
4.	Электропитание устройств и систем телекоммуникаций				+	+		+	+

5.3. Разделы дисциплин и виды занятий

№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Лекц.	Практ. Зан.	Лаб. Зан.	Семин.	СРС	Все-го
1.	Линейные цепи с сосредоточенными параметрами. Основные законы, описывающие электрические цепи с сосредоточенными параметрами на постоянном токе.	2	4	5		6	17
2.	Переменный электрический ток. Периодический переменный ток. Представление периодического тока в виде суммы синусоидальных составляющих. (Ряд Фурье.)	2	4			6	12
3.	Метод комплексных амплитуд и методы построения математических моделей линейных электрических цепей с сосредоточенными параметрами для синусоидального тока.	4	8	5		12	29
4.	Методы расчета сложных электрических цепей.	4	8			18	30
5.	Электрические фильтры. Анализ и синтез.	4	8	8		12	32
6.	Анализ и расчет магнитных цепей.	4	4			12	20
7.	Переходные процессы в линейных электрических цепях с сосредоточенными параметрами.	6		18		18	42
8.	Линейные четырехполюсники.	4				12	16
9.	Длинные линии	6				12	18

6. Лабораторный практику

№ п/п	№ раздела дисциплины	Наименование лабораторных работ	Трудо-емкость (часы/зачетные единицы)
1.	1	Прохождение постоянного тока через R, L,C.	4
2.	3	Прохождение переменного тока через R, L,C.	4
3.	5	Исследование ФНЧ на RC цепочке	5
4.	5	Исследование ФВЧ на RC цепочке	5
5.	7	Исследование последовательной R, L,C цепочки на переменном токе.	4
6.	7	Исследование параллельной R, L,C цепочки на переменном токе.	4
7.	7	Исследование прохождения сложных сигналов через последовательную R, L,C цепочку.	5
8.	7	Исследование прохождения сложных сигналов через параллельную R, L,C цепочку.	5

7. Примерная тематика курсовых проектов (работ)

Синтез фильтра (низкочастотного, высокочастотного, полосового)

8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература

1. и электроника,- М. Гардарики. 2с.

2. . Электротехника. – М.: Изд. МИЭМ, 2005. – 135 с.

б) дополнительная литература

. Теоретические основы электротехники. В трех частях./М. Энергия/1970.

9. Материально-техническое обеспечение дисциплины:

Лаборатория кафедры «Радиоэлектроника» МИЭМ.

10

Курс состоит из двух частей: I часть (темы 1-5) – 2 семестр 1 го курса, II часть (темы 6-9) – 1 семестр 2го курса. Контроль знаний студентов включает формы текущего, промежуточного и итогового контроля. Формой текущего контроля являются лабораторные работы в I и II частях и курсовая работа, проводимая в I части курса Формой промежуточного контроля являются зачет, который проводится в

конце 1 семестра по материалу I части курса.

Формой итогового контроля является экзаменационная работа, которая проводится в конце 1 семестра 2 го курса по всему пройденному материалу.

В I и во II частях курса предусматривается по четыре лабораторные работы, проводимых в лаборатории кафедры.

За выполнение и защиту, каждой лабораторной работы студент получает оценку Lk (k- номер лабораторной работы). Итоговые оценки за лабораторные работы определяются как:

Олр1=0,2L1+0,25L2+0,25L3+0,3L4

Олр2=0,25(L5+L6+L7+L8)

Преподаватель также оценивает самостоятельную работу и работу студентов на семинарских занятиях. На лекциях и семинарских занятиях студентам даются домашние задания для самостоятельной работы, которые нужно выполнить до следующего семинарского занятия.

За правильное решение одной из этих задач студент получает один балл. Полученные таким образом баллы преподаватель выставляет в рабочую ведомость. Перед промежуточным контролем определяется число набранных баллов N. Каждый набранный балл, увеличивает взвешенную сумму, с помощью которой рассчитывается оценка за промежуточный контроль на 0,25.

Результирующая оценка за промежуточный контроль в форме зачета выставляется по

следующей формуле, где Окр – оценка за курсовую работу, N – число баллов, набранных на семинарах в течение 2 семестр 1 го курса, Олр1 – число балов за лабораторные работы I части курса.

Опромежуточный1 = 0,2·Озачет + 0,2·Окр + 0,2 Олр1 + 0,2 N

Результирующая оценка за итоговый контроль в форме экзамена выставляется по следующей формуле, где Оэкзамен - оценка за экзаменационную работу.

Опромежуточный2 = 0,8· Оэкзамен + 0,2· Олр2

Итоговая оценка по курсу определяется как

Оитоговый =(О промежуточный2 + О промежуточный1)/2

Способ округления накопленной всех оценок: арифметический.