Физические основы электроники

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Калининградский государственный технический университет»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебно-

методической работе

« » 2012 г.

Рабочая программа дисциплины

Физические основы электроники

Математический и естественнонаучный цикл, базовая часть

Направление подготовки

230700 – Прикладная информатика

Квалификация (степень) выпускника –

бакалавр

Форма обучения – очная

Факультет автоматизации производства и управления

Кафедра - разработчик – кафедра систем управления и

вычислительной техники

Калининград 2012

1. Цели и задачи дисциплины

Целью освоения дисциплины «Физические основы электроники» является формирование знаний и навыков в области физики процессов в полупровод­никах, особенностей построения полупроводниковых приборов и схем анало­говой и цифровой электроники.

Задачи дисциплины:

-  изучение физических процессов и полупроводниковых приборов, знание их характеристик и областей применения;

-  приобретение знаний о структурах, принципах построения, областях применения и методах расчета основных электронных схем аналогового и цифрового действия;

-  приобретение навыков анализа физические процессов, происходящих в электронных приборах и схемах;

формирование базовых знаний, умений и навыков для успешного (в т. ч. самостоятельного) выбора элементной базы для построения различных архи­тектур вычислительных средств, способности 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.

2. Место дисциплины в структуре основной образовательной программы (ООП) бакалавра

Дисциплина «Физические основы электроники» входит в состав базовой части математического и естественнонаучного цикла ООП. При изучении дисциплины используются знания и навыки, полученные при изучении дисциплин «Физика», «Информатика», «Дискрет­ная математика».

В рамках дисциплины студенты изучают физические принципы функ­ционирования полупроводниковых приборов, построенные на их основе элементы, устройства и узлы современных ЭВМ и систем. Важное место в курсе занимают лабораторные работы студентов, в ходе которых ис­следуются принципы работы электронных компонентов ЭВМ и систем.

При изложении теоретического материала значительное внимание уделя­ется современным устройствам и перспективным направлениям развития по­лупроводниковой электроники.

Результаты освоения дисциплины используются при изучении дисциплины профессионального цикла ООП «ЭВМ и периферийные устройства». Знания, умения и навы­ки, полученные по программе дисциплины, закрепляются, расширяются и углубляются при прохождении студентами учебной практики после второго курса обучения.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

В результате освоения дисциплины «Физические основы электроники» у обучающегося формируются следующие общекультурные (ОК) и профессиональные (ПК) компетенции (или их элементы), предусмотренные ФГОС ВПО;

·  способность самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, стремиться к саморазвитию (ОК-5);

·  способность работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-8);

·  способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности и эксплуатировать современное электронное оборудование и информационно-коммуникационные технологии в соответствии с целями образовательной программы бакалавра (ПК-3).

В результате изучения дисциплины «Физические основы электроники» студент должен:

знать:

·  физические основы элементной базы компьютерной техники и средств передачи информации;

·  иметь представление о структурах, принципах построения, областях применения и методах расчета основных электронных схем аналогового и цифрового действия;

уметь:

·  анализировать физические процессы, происходящие в электронных приборах и схемах,

·  моделировать физические процессы, происходящие в электронных приборах и схемах,

владеть:

·  способностями 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.

4. Структура и содержание дисциплины

4.1. Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины «Физические основы электроники» со­ставляет 2 зачетные единицы (ЗЕТ), т. е. 72 академических часа, из них 30 ча­сов – аудиторные занятия (A3), 42 часа - самостоятельная работа студента.

Итоговая аттестация по дисциплине (в третьем семестре) - зачет. Более подробные сведения о структуре дисциплины, видах, трудоемкости и формах контроля учебной работы студентов приведены в нижеприведенной таблице.

№ п/п	Тема дисциплины	Семестр	Неделя семестра	Трудоемкость учебной работы по ее видам (час.)	Формы текущего контроля успеваемости, промежуточной и итоговой аттестации по дисциплине
АЗ	СРС	Всего
Лекции	ЛЗ٭
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1.	Введение. Понятие об электрических сигналах, их характеристиках, форме, временных и спектральных соотношениях.	3	1+2	2	2	4	8	Защита лаб. работы
2.	Основной элементный базис электронных устройств. Полупроводниковые диоды.	3-4	2	2	4	8	Защита лаб. работы
3.	Биполярные транзисторы.	5-6	2	2	4	8	Защита лаб. работы
4.	Транзисторные усилители.	7-8	2	2	4	8	Защита лаб. работы
5.	Полевые (униполярные) транзисторы.	9-10	2	2	4	8	Защита лаб. работы
6.	Операционные усилители (ОУ).	11-12	2	2	4	8	Защита лаб. работы
7.	Цифровые интегральные микросхемы.	13-16	2	4	12	18	Защита лаб. работ
	Подготовка к сдаче и сдача зачета	17	-	-	6	6	Зачет
Итого по дисциплине	14	16	42	72	Зачет
30

٭ЛЗ - Лабораторные занятия

4.2. Теоретические занятия (лекции)

Объем лекционных занятий – 14 часов.

№ п/п	Тема дисциплины	Содержание	Кол-во часов
1	2	3	4
1.	Введение. Понятие об электрических сигналах, их характеристиках, форме, временных и спектральных соотношениях.	Цели и задачи дисциплины, ее место и значение в подготовке специалистов по информатике и вычислительной технике. Понятие об электрических сигналах, их ха­рактеристиках, форме, временных и спектраль­ных соотношениях. Аналоговые, дискретные и цифровые сигналы. Классы полупроводниковых элементов. Условные графические обозначения.	2
2.	Основной элементный базис электронных устройств. Полупроводниковые диоды.	Технологии и номенклатура компонентов электронных устройств. Основные параметры полупроводниковых диодов. Инерционные свойства. Разновидности полупроводниковых диодов.	2
3.	Биполярные транзисторы.	Структуры и принцип действия биполярных транзисторов. Схемы включения. Статические вольт - амперные характеристики транзистора в различных режимах и включениях. Основные параметры транзистора. Инерционные свойства. Эквивалентные схемы.	2
4.	Транзисторные усилители.	Особенности построения транзисторных усилителей. Типы усилительных каскадов. Характеристики. Соединение каскадов с источником сигналов, нагрузкой и между собой. Статический режим однокаскадного усилителя переменного тока. Температурная нестабильность режима. Методы стабилизации параметров рабочей точки. Выбор и расчет режима по постоянному току. Однокаскадный усилитель с общим эмиттером (ОЭ). Общая эквивалентная схема. Эквивалентные схемы в области средних, низших и высших частот. Основные параметры и расчетные соотношения. Частотные и переходные характеристики. Коррекция характеристик.	2
5.	Полевые (униполярные) транзисторы.	Классификация полевых транзисторов. Полевые транзисторы с управляющим р-п переходом. Статические ВАХ. Основные параметры. Эквивалентная схема. Инерционные свойства. МДП-транзисторы. Статические ВАХ. Основные параметры. Эквивалентная схема. Инерционные свойства. Усилительные каскады на полевых транзисторах. Однокаскадный усилитель с общим истоком. Эквивалентная схема. Основные параметры и расчетные соотношения. Однокаскадный усилитель с общим стоком - истоковый повторитель. Основные параметры и расчетные соотношения.	2
6.	Операционные усилители (ОУ).	Назначение и структура ОУ Схемные решения. Параметры. ОУ как источник напряжения, управляемый напряжением. ОУ как масштабирующие и суммирующие устройства: инвертирующие и не инвертирующие усилители, повторитель, суммирующее устройство нескольких входных сигналов, вычитающее устройство.	2
7.	Цифровые интегральные микросхемы.	Цифровые интегральные микросхемы. Комбинационные схемы. Базовые логические элементы. Дешифраторы, мультиплексоры, сумматоры. Понятие о синтезе комбинационных схем. Последовательностные схемы. Управляющие автоматы. Триггеры, регистры и счетчики. Микропрограммное управление, микропроцессоры.	2

4.3. Практические занятия (семинары)

Учебным планом не предусмотрены.

4.4. Лабораторные занятия (работы)

При изучении дисциплины «Физические основы электроники» предусматривается практикум, включающий в себя лабораторные занятия (JI3) в специализированных аудиториях объемом 16 часов.

В нижерасположенной таблице определены темы лабораторных работ, выполняемых в рамках практикума, и объемы занятий по ним в специализированных аудиториях.

№ п/п	Номер темы дисциплины	Наименование лабораторной работы	Кол-во часов ЛЗ
1	2	3	4
Третий семестр
1	1	Полупроводниковые диоды	2
2	2	Биполярные транзисторы	2
3	3	Транзисторные усилители	2
4	4	Полевые (униполярные) транзисторы	2
5	5	Операционные усилители	2
6	6	Цифровые интегральные микросхемы. Комбинационные схемы.	2
7	7	Цифровые интегральные микросхемы. Последовательностные схемы. Триггеры, регистры и счетчики.	2
8	7	Цифровые интегральные микросхемы. Последовательностные схемы. Микропрограммное управление.	2
ИТОГО	16

4.5. Самостоятельная работа студента

№ п/п	Вид (содержание) СРС	Кол-во часов	Форма контроля
1.	Освоение теоретического учебного материала, подготовка к лабораторным занятиям, оформление работ	36	Защита лабораторных работ
2.	Подготовка к сдаче и сдача зачета (в третьем семестре)	6	Зачет
Итого	42

5. Образовательные технологии

5.1. На лекциях рассматриваются основные понятия предметной области, характеристики полупроводниковых приборов различных классов, схемы их включения, особенности их использования в структурах вычислительных машин и систем, тенденции развития.

При разработке образовательной технологии организации учебного процесса основной упор сделан на соединение активной и интерактивной форм обучения, с переносом «центра тяжести» в интерактивную форму обучения. Интерактивная форма позволяет студентам проявить самостоятельность в освоении теоретического материала и овладении практическими навыками, формирует интерес и позитивную мотивацию к учебе.

На лекциях излагается материал с использованием мультимедийной презентации. В конце лекции выделяется время для ответов на вопросы по текущему материалу. Такой подход позволяет выявить и устранить пробелы в понимании материала лекций. Активность студентов и проявленные знания учитываются при итоговой аттестации по дисциплине.

5.2. Особое место в структуре дисциплины занимает практикум, включающий в себя 8 лабораторных работ. При выполнении лабораторных работ используются соответствующие методические указания (в них сформулированы и задания по лабораторным работам). По каждой лабораторной работе оформляется отчет, на основании которого проводится защита работы (цель – оценка уровня освоения учебного материала). По результатам лабораторных работ в выставляется оценка, которая учитывается при итоговой аттестации по дисциплине.

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и итоговой аттестации по дисциплине, учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

6.1. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости студентов (темы и вопросы для обсуждения) и итоговой аттестации по дисциплине (зачетные задания) приводятся в качестве отдельных материалов УМКД.

6.2. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов определено в разделе 7.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

7.1. Основная литература

1.  Гусев и микропроцессорная техника / , - М.: Высш. шк., 20с.

2.  , Капустин ЭВМ : метод. указ. по вып. лаб. раб. – Калининград, 2005 г.

7.2. Дополнительная литература

1.  . Кардашев электроника на персональном компьютере. Electronics Workbench и MicroCap / . - М.: Горячая линия-Телеком, 20с.

7.3. Методические указания и материалы по видам учебной работы

1. Макет методических указаний по лабораторному практикуму по дисциплине «Физические основы электроники». – Электронный документ, - 60 с.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Лабораторные занятия проводятся в специализированных учебных классах (лабораториях) кафедры систем управления и вычислительной техники.

Лист согласования рабочей программы дисциплины

Рабочая программа дисциплины разработана в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 230700 – Прикладная информатика (утвержден 22.12.2009 г. приказом Минобрнауки РФ № 000), учебным планом университета по этому же направлению, утвержденному ученым советом университета 27.10.2011.

Автор программы - , к. т.н., доцент.

Рабочая программа дисциплины рассмотрена и одобрена на заседании кафедры систем управления и вычислительной техники (рецензент – доцент , протокол № _____ от __________ 2012).

Заведующий кафедрой

к. т.н., доцент

№ п/п	Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Наименование литературы	Наличие в учебном абонементе НТБ (кол-во)	Наличие в электронной библиотеке
1.	Гусев и микропроцессорная техника / , - М.: Высщ. шк., 20с.	10	-
2.	, Капустин ЭВМ : метод. указ. по вып. лаб. раб. – Калининград, 2005 г.	36	-

Директор НТБ

№ п/п	Информационное обеспечение дисциплины
Наименование информационного обеспечения	Наличие в ЦНИТ	Наличие на кафедре
1.	Интернет-ресурсы (доступ)		есть

Директор ЦНИТ

Рабочая программа дисциплины рассмотрена и одобрена на заседании методической комиссии факультета автоматизации производства и управления (протокол

№ __________ от «_________» _____________ 2012).

Председатель методической комиссии

к. т.н., доцент

Согласовано

Зам. начальника учебного

управления

№ ________ от «_________» _____________ 2012 г.