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. | |
«__» _______________ 2011 г. |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины Электроника
____________________
(наименование дисциплины)
для специальности(ей) «Физика и техника оптической связи»
(шифр и наименование специальности)
Составитель (и) , доцент, , преподователь
(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.)
2011 г.
Рабочая программа
по дисциплине Электроника
специальности Физика и техника оптической связи
1 Цели и задачи дисциплины
1.1 Цель преподавания дисциплины
Целью преподавания дисциплины «Электроника», является подготовка высококвалифицированного специалиста по специальности 210401.65 «Физика и техника оптической связи», владеющего методами проектирования электронных устройств, способного выполнять исследовательские и расчетные работы по разработке аналоговых и цифровых электронных приборов.
1.2 Задачи изучения дисциплины
Изучив дисциплину студент должен:
1.2.1 Знать и уметь использовать: принципы действия, разновидности и особенности использования полупроводниковых диодов и транзисторов; основные понятия микроэлектроники, достоинства микроэлектронных изделий, иметь представления о физико-технологических процессах изготовления активных и пассивных элементов полупроводниковых и гибридных микросхем; структурные схемы операционных усилителей и дифференциальных усилительных каскадов.
1.2.2 Владеть: методами расчета и проектирования современных электронных приборов и устройств.
Для успешного изучения дисциплинарного модуля необходимо хорошо освоить дисциплины «Высшая математика», «Физика», «Информатика» и «Дискретная математика».
Логические связи курса «Электроника» с обеспечивающими дисциплинами представлены в табл. 1.
Таблица 1
Логические связи курса «Электроника»
с другими дисциплинами
№ п/п | Наименование обеспечивающих дисциплин | Элемент модуля | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
1 | Высшая математика | + | + | + | + | + |
2 | Физика | + | + | + | + | + |
3 | Информатика | + | + | + | + | + |
4 | Дискретная математика | + | + |
2 Состав и объем дисциплины
Дисциплина «Электроника» изучается в течение 4-го семестра (18 недель) и включает:
- лекций - 18 часов
- лабораторных работ - 18 часов
- итого аудиторных занятий - 36 часов
- самостоятельная работа - 49 часов
- трудоемкость дисциплины - 3,5 зач. ед.
- рубежный контроль - 2
- экзамен
3 Структура дисциплины «Электроника»
Дисциплина «Электроника» включает в себя изучение элементов модуля (разделов), перечисленных в таблице 2.
Таблица 2
Перечень элементов модуля (разделов) дисциплины
«Электроника»
№ | Название элемента модуля (раздела) |
1 | Полупроводниковые диоды (разновидности полупроводниковых диодов и их особенности) |
2 | Транзисторы (принцип действия, схема включения, режимы работы, статические характеристики, параметры, электрические модели, частотные и импульсные свойства биполярного транзистора, полевого транзистора с управляющим электронно-дырочным переходом и переходом металл-полупроводник, транзистора со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП); принцип действия и вольтамперные характеристики транзисторов) |
3 | Основы микроэлектроники (основные понятия микроэлектроники, достоинства микроэлектронных изделий; представление о физико-технологических процессах изготовлений активных и пассивных элементов полупроводниковых и гибридных микросхем; инвертор и усилительный каскад как основа цифровых и аналоговых микросхем) |
4 | Операционные усилители (структурная схема операционного усилителя (ОУ), представление о дифференциальном усилительном каскаде, схемах сдвига уровней потенциала и выходного каскада; особенности включения ОУ) |
Окончание таблицы 2
№ | Название элемента модуля (раздела) |
5 | Современные технологии в микроэлектронике (проблемы повышения степени интеграции; применение базового матричного кристалла; переход к функциональной электронике, понятие о поверхностно-акустических волнах, цилиндрических магнитных доменах, приборах с зарядовой связью) |
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 | Кол-во часов |
1 | 1 | Полупроводниковые диоды Полупроводниковые материалы. Устройство и основные физические процессы. Характеристики и параметры полупроводникового диода. Вольтамперная характеристика (ВАХ). Разновидности полупроводниковых диодов. Классификация и система обозначений. | 2 |
2 | 2 | Биполярные транзисторы Устройство и основные физические процессы. Характеристики и параметры. H-параметры транзистора. Временные диаграммы и частотные свойства транзисторов. Классификация и система обозначения. | 4 |
3 | Полевые транзисторы Устройство и основные физические процессы. Характеристики и параметры. Разновидности полевых транзисторов. Классификация и система обозначения. | 2 | |
3 | 4 | Основы микроэлектроники Основные понятия микроэлектроники, достоинства микроэлектронных изделий. Представление о физико-технологических процессах изготовлений активных и пассивных элементов полупроводниковых и гибридных микросхем. Элементы серий ТТЛ, ЭСЛ, КМОП. Серии аналоговых интегральных схем. | 4 |
4 | 5 | Операционные усилители Краткое описание операционного усилителя. Передаточная характеристика. Влияние различных факторов на выходное напряжение операционного усилителя. Амплитудно-частотная, фазочастотная характеристики операционного усилителя и его эквивалентная схема. | 4 |
Окончание таблицы 3
Элемент модуля | Лекция | Тема, краткий перечень рассматриваемых | Кол-во часов |
5 | 6 | Современные технологии в микроэлектронике Проблемы повышения степени интеграции. Применение базового матричного кристалла. Переход к функциональной электронике, понятие о поверхностно-акустических волнах, цилиндрических магнитных доменах, приборах с зарядовой связью. | 2 |
Итого | 18 |
5 Содержание лабораторных работ
Целью лабораторных работ является приобретение практических навыков анализа и синтеза электронных систем и компонентов.
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 | 1 | Исследование полупроводниковых диодов | 2 |
2 | 2 | Исследование характеристик биполярного транзистора | 2 |
3 | Исследование лавинного пробоя в биполярном транзисторе | 2 | |
4 | Исследование характеристик полевого транзистора с управляющим p-n переходом | 2 | |
5 | Исследование характеристик полевого транзистора со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) | 2 | |
4 | 6 | Исследование характеристик операционного усилителя | 2 |
3 | 7 | Исследование триггера типа ТМ2 (ТТЛ, КМОП) | 2 |
8 | Исследование работы цифровых счетчиков | 2 | |
9 | Исследование работы регистров сдвига | 2 | |
Итого | 18 |
6 Содержание материала самостоятельных занятий
6.1 Расчетно-графические работы
Целью расчетно-графических работ является закрепление теоретического материала изложенного в рамках лекционного курса. Выполнение студентами расчетно-графических работ является важным средством более глубокого усвоения учебного материала и приобретения практических навыков по расчету радиоэлектронных систем.
Курс дисциплины «Электроника» предполагает выполнение двух расчетно-графических работ. Их содержание представлено в таблицах 5 и 6.
Таблица 5
Разделы расчетно-графической работы №1
«Расчет характеристик операционного усилителя»
Элемент модуля | Раздел | Содержание раздела |
3 | 1 | Частотная характеристика ОУ без обратной связи |
2 | Скорость нарастания выходного напряжения | |
3 | Ширина полосы пропускания при максимальной мощности | |
4 | Коэффициент ослаблении синфазного сигнала | |
5 | Эквивалентное напряжение входного шума | |
6 | Входной ток шума |
Таблица 6
Разделы расчетно-графической работы №2
«Расчет характеристик малошумящего фотоприемника на основе трансимпедансного усилителя»
Элемент модуля | Раздел | Содержание раздела |
1 | Чувствительность фотоприемника | |
2 | Амплитудно-частотная характеристика | |
3 | Шумовое усиление | |
4 | Пороговая чувствительность |
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 4 часа.
6.3 Подготовка к лабораторным занятиям
Основная цель данного вида самостоятельной работы - закрепление и развитие знаний, полученных на лабораторных занятиях. Минимальный объем в часах из расчета минимум 0,5 часа на 1 час занятия и составляет 9 часов.
6.4 Подготовка к промежуточному тестированию
Основная цель данного вида самостоятельной работы - закрепление и систематизация знаний, полученных на аудиторных занятиях. В соответствии с календарным планом дисциплины предусмотрено два рубежных контроля знаний в виде тестирования. Для подготовки к тестированию выделено 4 часа времени самостоятельной работы.
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. Рубежный контроль знаний проводится после изучения нескольких разделов дисциплины с использованием составленных тестов. В конце семестра степень овладения материалом дисциплины проверяется на экзамене
8 Вопросы к экзамену
Таблица 7
Вопросы для подготовки к экзамену
№ | Вопрос |
1 | Полупроводниковые материалы |
2 | Устройство и основные физические процессы в п/п диодах |
3 | Характеристики и параметры полупроводникового диода |
4 | Вольтамперная характеристика (ВАХ) п/п диодов |
5 | Разновидности полупроводниковых диодов |
6 | Классификация и система обозначений п/п диодов |
7 | Устройство и основные физические процессы в биполярных транзисторах |
8 | Характеристики и параметры биполярных транзисторов |
9 | H-параметры транзистора |
10 | Временные диаграммы и частотные свойства транзисторов |
11 | Классификация и система обозначения биполярных транзисторов |
12 | Устройство и основные физические процессы в полевых транзисторах |
13 | Характеристики и параметры полевых транзисторов |
14 | Разновидности полевых транзисторов |
15 | Классификация и система обозначения полевых транзисторов |
16 | Основные понятия микроэлектроники, достоинства микроэлектронных изделий |
17 | Физико-технологические процессах изготовлений активных и пассивных элементов полупроводниковых и гибридных микросхем |
18 | Элементы серий ТТЛ |
19 | Элементы серий ЭСЛ |
20 | Элементы серий КМОП |
21 | Серии аналоговых интегральных схем |
22 | Краткое описание операционного усилителя |
23 | Передаточная характеристика операционного усилителя |
24 | Влияние различных факторов на выходное напряжение операционного усилителя |
25 | Амплитудно-частотная, фазочастотная характеристики операционного усилителя и его эквивалентная схема |
26 | Проблемы повышения степени интеграции |
27 | Применение базового матричного кристалла |
28 | Переход к функциональной электронике, понятие о поверхностно-акустических волнах, цилиндрических магнитных доменах, приборах с зарядовой связью. |
9 Примерный календарный план дисциплины
10 Литература
Список основной литературы
1. Лачин, [Текст]: учеб. пособие. – 3-е изд., перераб. и доп. / , . – Ростов н/Д: Изд-во «Феникс», 2002. – 576 с.
2. Бодров, и характеристики основных типов транзисторов [Текст]: учеб. пособие / , . - Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2009. – 48 с.
3. Наундорф, У Аналоговая электроника: основы, расчет, моделирование [Текст]: пер. с нем. / У. Наундорф;. – М.: Техносфера, 2008. – 471 с.
4. Миловзоров, [Текст]: учеб. для вузов/ . – М.: Высш. шк., 2004. – 288 с
Список дополнительной литературы
5. Соклоф, С. Аналоговые интегральные схемы [Текст]: Пер. с. англ. / С. Соклоф. – М.: Мир, 1988. – 583 с.
6. Хоровиц, П. Искусство схемотехники [Текст]: в 3-х томах: Т.1. Пер. с англ. – 4-е изд., перераб. и доп. / П. Хоровиц, У. Хилл. – М.: Мир, 1993. – 380 с.
7. Хоровиц, П. Искусство схемотехники [Текст]: в 3-х томах: Т.2. Пер. с англ. – 4-е изд., перераб. и доп. / П. Хоровиц, У. Хилл. – М.: Мир, 1993. – 371 с.
8. Хоровиц, П. Искусство схемотехники [Текст]: в 3-х томах: Т.3. Пер. с англ. – 4-е изд., перераб. и доп. / П. Хоровиц, У. Хилл. – М.: Мир, 1993. – 367 с.
9. Шило, цифровые микросхемы [Текст]: справочник / . – Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение, 1988. – 352 с.
10. Барыбин, и микроэлектроника. Физико-технологические основы [Текст]: Учеб. пособие / . – М.: Физматлит, 2006. – 424 с
11. Партала, электроника [Текст] / . – СПб.: Наука и техника, 2000. – 208 с.
11 Методическое обеспечение дисциплины
1. Рекомендуемая для изучения дисциплины основная и дополнительная литература, методические пособия и указания для выполнения курсового проекта приведены в 10 разделе РУП.
2. Технические средства обучения:
- для технического сопровождения лекционных занятий разработаны презентации с помощью мультимедийных технологий;
- проведение лабораторных работ осуществляется в компьютерном классе, с помощью программного комплекса для моделирования электронных схем «NI Multisim 10.1».
