Лек лектротехникаМинистерство образования Российской Федерации
Владивостокский государственный университет
экономики и сервиса
________________________________________________________
Электротехника
и электроника
Учебная программа дисциплины
Владивосток
Издательство ВГУЭС
2014
ББК 32.841
Электротехника и электроника: Учебная программа дисциплины по специальности 230201.65 «Информационные системы и технологии»
составитель: . , доцент кафедры электроники.
Утверждена на заседании кафедры от 01.01.2001г., протокол , редакция 2014г. ( заседание кафедры от 01.01.2001., протокол ).
Утверждена на заседании Ученого совета ИИИБС протокол то 03.06.2014г.
Владивосток
2014
Введение
Дисциплина «Электротехника и электроника» относится к федеральному компоненту цикла общепрофессиональных дисциплин специальности 230201.65 «Информационные системы и технологии» и введена в учебные планы в соответствии с требованиями Государственных образовательных стандартов указанной специальности.
Дисциплина «Электротехника и электроника» базируется в основном на знании физики и математики в объеме программы средней школы. В частности, для изучения дисциплины необходимо общее знакомство с цепями постоянного и переменного тока, с законами Ома, Фарадея и Джоуля, с законом сохранения энергии и понятиями интеграла, производной и комплексного числа. Из вузовского курса физики необходимо знание разделов: «Электричество и магнетизм», «Электростатика и магнитостатика в вакууме и веществе», «Электрический ток», «Уравнения Максвелла», «Электромагнитное поле». Из курса высшей математики необходимо знание разделов: «Линейная алгебра», «Дифференциальное и интегральное исчисления», «Дифференциальные уравнения», «Теория функций комплексного переменного», «Последовательности и ряды», «Гармонический анализ», «Преобразования Лапласа».
Знания, полученные при изучении дисциплины «Электротехника и электроника» используются в последующих дисциплинах: «Метрология, стандартизация и сертификация», «Схемотехника ЭВМ», «Сети ЭВМ и телекоммуникации» и в практической деятельности инженера.
Данная программа составлена в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования специальности 230201.56 «Информационные системы и технологии».
1. Организационно-методические указания
1.1. Цели и задачи изучения дисциплины
Целью изучения дисциплины «Электротехника и электроника» является теоретическая и практическая подготовка студентов в области электротехники и электроники в такой степени, чтобы они могли выбирать необходимые электротехнические, электронные, электроизмерительные устройства, уметь объяснить их работу и правильно эксплуатировать.
Основные задачи изучения дисциплины:
– формирование у студентов минимально необходимых знаний основных законов теории цепей, методов анализа и синтеза электрических, магнитных цепей и электронных устройств;
– ознакомление с физическими явлениями в полупроводниковых и иных структурах и их использованием для создания электронных приборов;
– выработка практических навыков аналитического и экспериментального исследования основных процессов, имеющих место в электрических цепях и электронных устройствах;
– ознакомление с основными видами электронных устройств, обеспечивающих функционирование компьютерной техники.
1.2. Знания, умения и навыки, которые должен приобрести студент в результате изучения дисциплины
В результате теоретического изучения дисциплины студент должен знать:
– основные законы электротехники для электрических и магнитных цепей;
– основные свойства электрических и магнитных цепей при характерных внешних воздействиях;
– физические явления в полупроводниковых и иных структурах и их использованием для создания электронных приборов;
– характеристики электронных приборов с точки зрения их практического применения в электронных устройствах;
– основные виды электронных устройств, обеспечивающих функционирование компьютерной техники.
В результате практического освоения дисциплины студент должен уметь:
– читать и составлять электрические структурные, функциональные и принципиальные схемы электронных устройств;
– устанавливать взаимосвязи между физическими характеристиками элементов электрических цепей и их математическими моделями;
– проводить анализ преобразований сигналов в электронных устройствах;
– осуществлять синтез простейших электрических цепей с заданными характеристиками.
В ходе теоретического изучения и практического освоения дисциплины студент должен приобрести навыки компьютерного моделирования электронных устройств и работы с контрольно-измерительной аппаратурой для исследования характеристик электронных устройств.
1.3. Объем и сроки изучения дисциплины
Дисциплина «Электротехника и электроника» изучается студентами очной формы обучения в четвертом семестре, студентами заочной формы обучения – на втором курсе. Общее количество часов, которое отводится для изучения дисциплины, – 170.
Для студентов очной формы обучения количество аудиторных часов – 68, из них: лекций – 51 час, лабораторных работ – 17 часов. На самостоятельную работу отводится 102 часа, из них: 20 часов на подготовку к экзамену, 15 часов на выполнение трех контрольных работ, 17 часов на оформление отчетов и подготовку к защите лабораторных работ, 50 часов на самостоятельное изучение материала и консультации.
Для студентов заочной формы обучения количество аудиторных часов – 20, из них: лекций – 12 часов, лабораторных работ – 8 часов. На самостоятельную работу отводится 150 часов, из них: 20 часов на подготовку к экзамену, 10 на оформление отчетов и подготовку к защите лабораторных работ, 120 часов на выполнение двух контрольных работ, самостоятельное изучение материала и консультации.
1.4. Основные виды занятий и особенности их проведения при изучении дисциплины
1.4.1. Лекционные занятия
При проведении лекций учитывается, что значительная часть материала, особенно для студентов заочной формы обучения, выносится на самостоятельную работу. На лекциях акцентируется внимание на узловые моменты теории электрических цепей и умение использовать ее для анализа работы электронных устройств, применяемой в современной компьютерной технике. Ряд сложных электронных устройств описывается на уровне структурных схем. Изучение принципиальных схем по возможности выносится на практические и лабораторные занятия.
1.4.2. Лабораторные работы
Лабораторные работы компьютерные, проводятся с использованием программного пакета Electronics Workbench. Это дает возможность проводить их фронтально, по мере изучения теоретического материала на лекционных занятиях с начала семестра.
1.5. Взаимосвязь аудиторной и самостоятельной работы студентов при изучении дисциплины
В ходе изучения дисциплины студент слушает лекции по теоретическому материалу, ряд вопросов выносится на самостоятельное изучение. Контроль усвоения материала проводится по результатам выполнения экспресс-контрольных работ и индивидуальных домашних заданий. Для помощи студенту в освоении теоретического материала лекционных занятий и самостоятельной работы предусматриваются консультации ведущего преподавателя.
Для защиты лабораторных работ в рамках самостоятельной работы студента предусмотрено врем для оформления отчета и освоения теоретического материала для ответов на контрольные вопросы.
Помимо посещения лекций и лабораторных занятий для освоения теоретического материала и приобретения навыков расчета электронных цепей и электронных устройств, предусматривается выполнение трех контрольных работ в рамках самостоятельной работы студента.
Для подготовки к экзамену студенту отводится 20 часов самостоятельной работы и консультация ведущего преподавателя перед экзаменом.
1.6. Техническое и программное обеспечение дисциплины
При проведении лекционных занятий для ряда тем необходимо проекционное оборудование, сопряженное с компьютером.
Для проведения лабораторных работ используется программный пакет Electronics Workbench.
1.7. Виды контроля знаний студентов и их отчетности
В ходе изучения дисциплины предусматриваются следующие виды контроля знаний студентов: текущий, промежуточный и итоговый.
Текущий контроль знаний студентов включает:
– экспресс контрольные работы на лекционных занятиях;
– защиту отчетов по выполняемым лабораторным работам;
– оценку знаний и умений студентов при проведении консультаций по лекционным и лабораторным занятиям.
Промежуточный контроль проводится в форме аттестаций в соответствии с Положением о рейтинговой системе оценки успеваемости студентов во Владивостокском государственном университете экономики и сервиса. Предусматривается две промежуточные аттестации на 7¸8 и 13¸14 неделях семестра. Промежуточная аттестация может быть проведена в форме устного или письменного опроса или теста по разделам дисциплины, изученных студентом в период между аттестациями, при этом учитывается количество выполненных и защищенных лабораторных работ, а также количество выполненных контрольных работ за отчетный период.
Форма аттестации предлагается ведущим преподавателем и утверждается на заседании кафедры. Результаты аттестации заносятся в ведомость установленной формы.
Дисциплина завершается экзаменом в четвертом семестре. Условием допуска студента к экзамену является успешное прохождение двух промежуточных аттестаций в соответствии с требованиями Положения о рейтинговой системе оценки успеваемости студентов во ВГУЭС. Кроме того, студент должен выполнить и защитить все лабораторные работы. Итоговая оценка определяется в соответствии с требованиями Положения о рейтинговой системе оценки успеваемости студентов во ВГУЭС.
2. Содержание дисциплины
2.1. Перечень тем для лекционных занятий
и самостоятельного изучения дисциплины
Введение
Краткая теория развития электротехники и электроники. Основные задачи и области исследования этих отраслей науки и техники, их роль в научно-техническом прогрессе. Предмет и задачи дисциплины «Электротехника и электроника», ее место в подготовке инженера. Структура дисциплины.
Тема 1. Электрические и магнитные цепи, общие сведения
Основные понятия и законы электрических цепей. Описание процессов в электромагнитной среде с помощью уравнений Максвелла. Понятия электрической цепи, напряжения и тока. Простейшие элементы электрической цепи (сопротивление, проводимость, индуктивность, ёмкость, источники напряжения и тока) и цепи по числу полюсов, виду характеристик, потреблению энергии и др. Законы Ома и Кирхгоффа.
Тема 2. Основные определения, топологические параметры
и методы расчета электрических цепей
Воздействия в электрических цепях, их классификация: периодические (гармонические, негармонические), апериодические (типовые), случайные. Комплексные представления гармонических колебаний, интегральные оценки периодических воздействий. Переходные процессы в электрических цепях. Дифференциальные уравнения электрического состояния цепей и методы их решения. Законы коммутации. Понятие о дифференцирующих и интегрирующих цепях.
Тема 3. Анализ и расчет линейных цепей переменного тока
Функции линейных электрических цепей: системная (схемная), входная, комплексная системная, передаточная. Преобразование Лапласа, способы определения реакций цепи на различные возмущения. Анализ установившегося режима электрической цепи при периодических воздействиях. Расчёт цепей методом комплексных амплитуд. Мгновенная, средняя и полная мощности в цепи с гармоническими воздействиями. Трёхфазные электрические цепи. Соединение фаз звездой и треугольником, фазное и линейное напряжения. Мощность трехфазной цепи, коэффициент мощности. Индуктивно-связанные элементы электрических цепей; само- и взаимная индуктивность, коэффициенты связи и трансформации, согласное и встречное включение катушек.
Тема 4. Анализ и расчет электрических цепей
с нелинейными элементами
Сигналы и их характеристики. Спектральный анализ периодических и непериодических сигналов. Разложение сигналов в ряд Фурье. Нелинейные элементы электрических цепей. Способы аппроксимации их ВАХ. Спектральный состав тока в безынерционном нелинейном элементе при гармоническом внешнем воздействии.
Тема 5. Анализ и расчет магнитных цепей
Элементы магнитной цепи. Закон полного тока для магнитной цепи с постоянной магнитодвижущей силой. Свойства ферромагнитных металлов. Неразветвленная магнитная цепь. Электромагнитные устройства постоянного тока, Переменный магнитный поток в катушке с магнитопроводом. Процессы намагничивания магнитопровода. Векторные диаграммы и схемы замещения катушки с магнитопроводом. Вольтамперная характеристика нелинейной катушки с магнитопроводом. Явление феррорезонанса.
Тема 6. Электромагнитные устройства
и электрические машины
Трансформаторы. Конструкция. Схема замещения. Основное уравнение трансформатора питания. Электрические машины постоянного тока. Электрические машины переменного тока. Асинхронный электродвигатель. Синхронные машины.
Тема 7. Элементная база современных
электронных устройств
Электропроводность полупроводников. Полупроводниковые резисторы. Образование и свойства p-n-перехода. P-n-переход в равновесии. P-n-переход в неравновесном состоянии, механизм протекания тока. Вольтамперная характеристика (ВАХ) p-n-перехода. Зависимость ВАХ от температуры. Разновидности полупроводниковых диодов – выпрямительные, импульсные, стабилитроны, варикапы, туннельные, обращенные, СВЧ-детекторные, преобразовательные и переключательные. Выпрямляющий переход металл-полупроводник, физические процессы и ВАХ. Диоды Шоттки.
Биполярные транзисторы. Полупроводниковая структура, режимы работы, схемы выключения. Коэффициенты передачи тока в схемах ОБ и ОЭ. Статистические ВАХ: входные, проходные, выходные. Модель Эберса-Молла биполярного транзистора. Транзистор как линейный четырехполюсник, h - и y-параметры. Биполярный транзистор в динамическом режиме. Нагрузочная прямая. Рабочая точка. Линейный (усилительный) режим работы транзистора. Ключевой режим работы транзистора.
Полевые транзисторы. Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющим р-n-переходом. Физические параметры (напряжение отсеки, крутизна, внутреннее сопротивление) и их режимная и температурная зависимость. ВАЗ в схеме с общим истоком. Устройство и принцип действия МДП транзисторов с индуцированным каналом. Физические процессы в МДП структуре, режимы обогащения, обеднения, инверсии. ВАХ МДП транзистора. МДП транзисторы с встроенным каналом: устройство и принцип действия, ВАХ. Модели полевых транзисторов.
Интегральные микросхемы. Определения. Конструкция. Гибридные и полупроводниковые интегральные микросхемы. Условные графические обозначения.
Тема 8. Усилители электрических сигналов
Усилительные каскады: коэффициенты усиления, амплитудно-частотные характеристики, режимы работы, температурная стабилизация. Обратные связи в усилителях, их влияние на параметры и характеристики усилителей. Усилители постоянного тока, дифференциальные усилительные каскады. Схемы, свойства и применение операционных усилителей (ОУ), интеграторы и сумматоры на базе ОУ. Активные фильтры на ОУ. Избирательные усилители. Автогенераторы. Условия самовозбуждения, области применения автогенераторов.
Тема 9. Функциональные устройства
аналоговой электроники
Компараторы. Требования. Погрешности. Параметры компараторов. Схемы компараторов. Аналоговые переключатели на биполярных и полевых транзисторах.
Генераторы электрических колебаний. Общие сведения. Классификация. Автогенераторы гармонических колебаний. Условия возбуждения. LC-автогенераторы. RC-автогенераторы. Стабилизация частоты генерируемых колебаний. Импульсные генераторы. Автоколебательные, ждущие и бистабильные мультивибраторы.
Тема 10. Основы цифровой электроники
Цифровые ключи. Биполярный насыщенный ключ. Способы повышения быстродействия ключей на биполярных транзисторах. Транзистор Шоттки. Переключатель тока. Цифровые ключи на МДП транзисторах. Способы повышения быстродействия. МДП ключи с динамической нагрузкой. Комплиментарный МДП ключ.
Логические элементы. Транзисторно-транзисторные логические элементы (ТТЛ). «Эмиттерно-связанные» логические элементы (ЭСЛ). Логические элементы на основе МДП транзисторов.
Тема 11. Источники вторичного электропитания
Источники первичного электропитания. Структурные схемы и назначение функциональных узлов источников вторичного электропитания. Выпрямители, сглаживающие фильтры. Стабилизаторы напряжения: параметрические, компенсационные с непрерывным регулированием и импульсные. Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом.
Тема 12. Электрические измерения и приборы
Общие сведения об электроизмерительных приборах. Измерение постоянного и переменного напряжения, тока и электрического сопротивления магнитоэлектрическими приборами.
2.3. Перечень тем лабораторных занятий
1. Исследование частотных характеристик пассивных RLC цепей
2. Исследование временных характеристик пассивных RLC цепей
3. Исследование характеристик электронных ключей на биполярных и полевых транзисторах
4. Исследование характеристик усилительных каскадов на биполярных транзисторах
5. Исследование характеристик аналоговых электронных устройств на интегральных операционных усилителях
6. Исследование схем и характеристик генераторов электрических колебаний
7. Исследование схем и характеристик выпрямителей и сглаживающих фильтров источников вторичного электропитания
8. Исследование характеристик стабилизаторов напряжения источников вторичного электропитания
3. Методические рекомендации
по изучению дисциплины
3.1. Перечень и тематика самостоятельных работ
студентов, методические указания и формы отчетности
В рамках общего объема часов, отведенных для изучения дисциплины, предусматривается выполнение следующих видов самостоятельных работ студентов (СРС): контрольные работы (индивидуальные домашние задания), самостоятельное изучение теоретического материала с самоконтролем по приведенным ниже вопросам, изучение теоретического материала при подготовке к защите лабораторных работ, итоговое повторение теоретического материала, методов анализа и синтеза электрических цепей, методов измерения параметров электрических цепей при подготовке к экзамену.
Для студентов очной формы обучения предусматривается выполнение трех контрольных работ (индивидуальных домашних заданий):
1. Расчет электрических цепей постоянного тока.
Целью работы является закрепление теоретических знаний и приобретение навыков расчета электрических цепей в соответствии с темами 1 и 2 содержания дисциплины.
Планируемое время СРС – 5 часов.
2. Расчет передаточных характеристик четырехполюсников.
Целью работы является закрепление теоретических знаний и приобретение навыков расчета электрических цепей синусоидального тока в соответствии с темами 2 и 3 содержания дисциплины.
Планируемое время СРС – 5 часов.
3. Анализ режима работы электронного усилителя.
Целью работы является закрепление теоретических знаний и приобретение навыков анализа работы электронных усилителей на дискретных или интегральных биполярных и полевых транзисторах в соответствии с темами 7 и 8 содержания дисциплины.
Планируемое время СРС – 5 часов.
Задания на контрольные работы и методические указания по их выполнению приведены в [7].
Для самостоятельного изучения дисциплины выносится часть материала по всем темам дисциплины с самоконтролем по контрольным вопросам и возможностью консультации у ведущего преподавателя общим объемом 50 часов СРС. Для закрепления материала и приобретения навыков расчета рекомендуется выполнение следующих задач:
1. Расчет электрических цепей синусоидального тока, тема 3.
2. Расчет трансформатора питания, темы 5, 6.
3. Расчет активных RC-фильтров, тема 8.
Задания и методические указания по их выполнению приведены в [7].
Кроме того, для контроля этого вида самостоятельной работы на лекционных занятиях предусматриваются следующие экспресс-контрольные работы:
1. Анализ спектрального состава сигнала, тема 4.
2. Расшифровка обозначений, условно-графические обозначения и вольтамперные характеристики полупроводниковых приборов, тема 7.
3. LC и RC-автогенераторы: схема, условия возбуждения, характеристики стационарного режима, тема 9.
4. Реализация Булевых выражений с помощью устройств комбинационной логики, тема 10.
5. Структурная схема источника вторичного электропитания и назначение его функциональных узлов, тема 11.
6. Измерение тока, напряжения и сопротивления магнитоэлектрическими приборами, тема 12.
Для выполнения лабораторных работ в соответствии с разделом 2.2 настоящей учебной программы студент должен предварительно самостоятельно освоить теоретический материал соответствующих тем.
Для защиты работы он должен знать теоретический материал и продемонстрировать знание методов измерения характеристик электрических цепей и электронных устройств.
Объем СРС, отводимый на эту работу составляет 20 часов.
На подготовку к экзамену отводится 20 часов СРС.
Для студентов заочной формы обучения предусматривается выполнение двух контрольных работ.
Первая контрольная работа включает в себя две задачи:
1. Расчет электрических цепей постоянного тока.
2. Расчет передаточных характеристик четырехполюсников.
Целью работы является закрепление теоретических знаний и приобретение практических навыков расчета электрических цепей постоянного и синусоидального тока в соответствии с темами 1, 2, 3 содержания дисциплины. С учетом самостоятельного изучения теоретического материала с контролем на защите работы объем СРС составляет 20 часов.
Вторая контрольная работа включает в себя две задачи:
1. Анализ режима работы электронного усилителя.
2. Расчет активных RC-фильтров.
Целью работы является закрепление теоретических знаний и приобретение практических навыков анализа и синтеза электронных устройств на полупроводниковых приборах и интегральных микросхемах в соответствии с темами 7, 8 содержания дисциплины. С учетом самостоятельного изучения теоретического материала с контролем на защите работы объем СРС составляет 20 часов.
Индивидуальные задания на контрольные работы и методические указания по их выполнению приведены в [6].
До выхода на сессию студенты-заочники самостоятельно изучают материал тем 4, 5, 6, 9, 10, 11, 12 с самоконтролем по приведенным вопросам с объемом СРС 80 часов.
На сессии студенты выполняют четыре лабораторные работы из перечня раздела 2.2 настоящей рабочей программы. Студент должен предварительно самостоятельно освоить теоретический материал соответствующих разделов. Для защиты работы он должен знать теоретический материал и продемонстрировать знание методов измерения характеристик электрических цепей и электронных устройств.
Объем СРС, отводимый на эту работу составляет 10 часов.
На подготовку к экзамену отводится 20 часов СРС.
3.2. Состав технических средств
и рекомендации по работе с ними
Для проведения лабораторных работ и самостоятельного изучения дисциплины используется программный пакет Electronics Workbench. Методические указания по его использованию для изучения дисциплины содержатся в [8, 9, 10].
3.3. Обзор рекомендованной литературы
Дисциплина «Электротехника и электроника» изучается студентами указанных специальностей в течение десятилетий. В центральных издательствах выпущено множество учебников, учебных пособий и сборников задач с грифами Министерства образования РФ «Рекомендовано в качестве учебника» и «Допущено в качестве учебного пособия» по всем темам дисциплины. Это позволило включить в список рекомендованной литературы издания последних лет, отражающие современное состояние элементной базы радиоэлектронной аппаратуры и методы анализа электрических цепей и электронных устройств с использованием современных программ.
Для изучения теоретического материала по электротехнике (темы 1, 2, 3, 5, 6) можно предложить классический учебник [1], имеющий гриф «Рекомендовано МОРФ в качестве учебника для студентов неэлектротехнических специальностей высших учебных заведений».
Параллельно с ним для изучения тем 1, 2, 3, 4 рекомендуется использовать [2], где ряд вопросов изложен в более доступной форме.
Для закрепления материала (приобретения практических навыков решения задач) тем 1, 2, 4 предпочтительнее использовать задачник [11].
При выполнении контрольных работ и индивидуальных заданий рекомендуется использовать [6, 7], изданные в достаточном количестве во ВГУЭС и размещенных на сервере. Эти издания увязаны с лекционными занятиями и графиком учебного процесса.
Для изучения теоретического материала по электронике (темы 7, 8, 9, 10, 11, 12) предлагается использовать [3], имеющий гриф «Рекомендовано МОРФ в качестве учебника для студентов неэлектротехнических специальностей высших учебных заведений». Параллельно с ним можно использовать [4].
Для выполнения лабораторных работ рекомендуется использовать издания, соответствующие перечню лабораторных работ раздела 2.2., изданные во ВГУЭС в достаточном количестве и размещенные на сервере [8, 9]. Для интенсификации самостоятельного изучения дисциплины за счет использования компьютерных технологий студентам предлагается [10].
3.4. Контрольные вопросы для самостоятельной оценки качества освоения дисциплины
тема 1
1.1. Какие электротехнические и электронные устройства можно анализировать методами теории цепей?
1.2. Какие элементы электрической цепи называются активными?
1.3. Какие элементы электрической цепи называются пассивными?
1.4. В чем отличие активного приемника энергии от реактивного?
1.5. Назовите единицу измерения активного сопротивления и приведите его математическую модель.
1.6. Назовите единицу измерения электрической емкости и приведите ее математическую модель.
1.7. Назовите единицу измерения индуктивности и приведите ее математическую модель.
1.8. Назовите изделия, реализующие в электронных устройствах активное сопротивление, электрическую емкость и индуктивность.
1.9. Назовите единицу измерения напряженности магнитного поля, магнитной индукции, магнитного потока и установите связь между ними.
1.10. Какие электрические цепи называются двухполюсниками и какими параметрами они описываются?
1.11. Дайте определение узла электрической цепи и формулировку первого закона Кирхгофа.
1.12. Дайте определение контура электрической цепи и формулировку второго закона Кирхгофа.
1.13. Как определяется эквивалентное сопротивление последовательно и параллельно соединенных резисторов?
1.14. Как определяется эквивалентная емкость последовательно и параллельно соединенных конденсаторов?
тема 2
2.1. Какими свойствами отличаются электрические сигналы от воздействий?
2.2. Почему при анализе свойств электрических цепей чаще всего используются синусоидальные (гармонические) колебания?
2.3. Перечислите основные параметры гармонического колебания.
2.4. Какими свойствами характеризуется комплексная амплитуда?
2.5. Как выполняется переход от комплексной амплитуды тока к его мгновенному значению?
2.6. Почему при расчете цепи по комплексным значениям уравнения цепи получаются алгебраическими?
2.7. Как выполняется расчет цепи при несинусоидальном периодическом напряжении или токе?
2.8. Почему для описания периодических негармонических колебаний используется ряд Фурье?
2.9. Как определяется среднеквадратическое (действующее) значение синусоидального напряжения и тока?
2.10. Какие функции используются для количественного анализа переходных процессов в электрических цепях?
2.11. Какие законы используются для составления топологических уравнений электрических цепей?
2.12. Как составляются интегро-дифференциальные уравнения электрического состояния цепей?
2.13. приведите амплитудно-частотную характеристику дифференцирующей цепи.
2.14. Приведите амплитудно-частотную характеристику интегрирующей цепи.
2.15. Каков физический смысл постоянной времени электрической цепи?
тема 3
3.1. Какими функциями описываются параметры четырехполюсников?
3.2. Дайте определение передаточной функции четырехполюсника.
3.3. Каким образом можно определить передаточную функцию четырехполюсника, не зная его внутренней структуры?
3.4. Какие параметры сигналов и цепей связывают преобразования Лапласа?
3.5. Как можно определить реакцию цепи на различные возмущения?
3.6. Каким образом из операторной передаточной функции можно получить комплексную передаточную функцию?
3.7. Каким образом из комплексной передаточной функции можно определить амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики четырехполюсника?
3.8. Как определяются активная, реактивная и полная мощности?
3.9. Назовите основные особенности трехфазных электрических цепей.
3.10. Какие напряжения и токи называются фазными?
3.11. Какие напряжения и токи называются линейными?
3.12. Как определяются фазные напряжения в схеме звезды при известных линейных напряжениях?
3.13. Как изменятся фазные напряжения приемника при обрыве линейного провода в схеме звезды без нулевого провода?
3.14. К каким последствиям приводит короткое замыкание одной из фаз приемника в схеме звезды без нулевого провода?
3.15. Дайте сравнительный анализ характеристик параллельного и последовательного резонансных контуров.
3.16. Как определяется конструктивная и эквивалентная добротность резонансного контура?
3.17. По какой формуле определяется взаимная индуктивность?
3.18. В каких пределах изменяется коэффициент связи катушек индуктивности?
тема 4
4.1. Какой сигнал называется аналоговым?
4.2. Какой сигнал называется цифровым?
4.3. Перечислите основные характеристики сигналов.
4.4. Как связан динамический диапазон сигнала с областью его допустимых значений?
4.5. Почему цифровой сигнал обладает большей помехоустойчивостью, чем аналоговый?
4.6. Приведите формулу, связывающую мгновенное значение периодического сигнала с его спектральным составом.
4.7. Чем отличается спектр периодического сигнала от спектра непериодического сигнала?
4.8. Почему для получения математической модели сигнала чаще всего используется тригонометрический ряд Фурье?
4.9. Какие цепи называются нелинейными?
4.10. Какими свойствами обладают нелинейные резистивные элементы?
4.11. Как определяется статическое и дифференциальное сопротивление нелинейного элемента?
4.12. Какие виды аппроксимации используются для получения математической модели нелинейных элементов?
4.13. В каких случаях используется кусочно-линейная аппроксимация ВАХ?
4.14. В каких случаях используется аппроксимация ВАХ степенным полиномом?
4.15. Как определяется спектральный состав тока в безынерционном нелинейном элементе при гармоническом внешнем воздействии?
4.16. Приведите формулу для определения коэффициента гармоник в цепи с нелинейным элементом.
4.17. Как определяется спектральный состав тока в безынерционном нелинейном элементе при бигармоническом внешнем воздействии?
тема 5
5.1. Чем отличается неразветвленная магнитная цепь от разветвленной?
5.2. Сформируйте закон полного тока для магнитной цепи.
5.3. Чем отличаются магнитно-мягкие материалы от магнитно-твердых?
5.4. Какие виды зависимости магнитной индукции от напряженности магнитного поля бывают у магнитно-мягких материалов?
5.5. В каких устройствах используются материалы с прямоугольной петлей гистерезиса?
5.6. В каких устройствах используются материалы с линейной зависимостью магнитной индукции от напряженности магнитного поля?
5.7. Приведите примеры электромагнитных устройств постоянного тока и объясните их работу.
5.8. Как связана э. д.с., наводимая в обмотке, с частотой тока и параметрами магнитопровода?
5.9. Какие параметры магнитной цепи можно определить по векторной диаграмме?
5.10. Как влияет воздушный зазор в магнитопроводе на ВАХ катушки?
5.11. Назовите условия возникновения феррорезонанса напряжений в магнитной цепи.
тема 6
6.1. Назначение и принцип работы трансформатора.
6.2. Нарисуйте векторную диаграмму трансформатора в режиме холостого хода.
6.3. Напишите уравнение магнитодвижущих сил в трансформаторе.
6.4. Объясните, почему магнитный поток трансформатора практически не зависит от нагрузки?
6.5. Какие потери в трансформаторе являются постоянными и какие переменными? Как их определить опытным путём?
6.6. Напишите уравнения электрического состояния для первичной и вторичной обмоток трансформатора и объясните смысл каждого из членов этих уравнений.
6.7. Каковы преимущества и недостатки автотрансформаторов?
6.8. Как осуществляется приведение вторичной обмотки трансформатора к первичной?
6.9. Приведите эквивалентную схему трансформатора.
6.10. Приведите схемы машин постоянного тока с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением и дайте сравнительный анализ.
6.11. Чем отличается асинхронная электрическая машина от синхронной?
6.12. Чем отличается работа асинхронная электрическая машина от синхронной?
6.13. Чем отличается работа асинхронной электрической машины в режиме двигателя от работы в режиме генератора?
6.14. Что нужно сделать, чтобы запустить трехфазный асинхронный двигатель от однофазной сети?
6.15. Какие методы используются для регулирования частоты вращения асинхронных двигателей?
6.16. В каком режиме (генератора или двигателя) обычно используются синхронные машины?
6.17. Какими параметрами определяется коэффициент полезного действия синхронной электрической машины?
тема 7
7.1. В чем отличие механизма электропроводности полупроводников от механизма электропроводности проводников и диэлектриков?
7.2. Как влияют примеси на электропроводность полупроводников?
7.3. Чем отличается донорная примесь от акцепторной?
7.4. Назовите полупроводниковые приборы без p-n-перехода и приведите их условное графическое обозначение (УГО).
7.5. Что называют электронно-дырочными переходами?
7.6. Какие токи проходят через p-n-переход при прямом и обратном смещениях перехода?
7.7. Объясните вольт-амперную характеристику (ВАХ) p-n-перехода.
7.8. Назовите полупроводниковые приборы с одним p-n-переходом и приведите их УГО.
7.9. Какими свойствами обладает контакт металл-полупроводник?
7.10. В каком полупроводниковом приборе используется выпрямляющий контакт металл-полупроводник?
7.11. Что такое туннельный эффект и для чего он используется?
7.12. Какое свойство p-n-перехода используется в стабилитроне?
7.13. Какое свойство p-n-перехода используется в варикапе?
7.14. Какое свойство p-n-перехода используется в светодиоде?
7.15. Как называются выводы биполярного транзистора и в чем их конструктивные отличия?
7.16. Перечислите характеристики и параметры, описывающие свойства биполярного транзистора.
7.17. Какие математические модели используются для анализа работы транзисторов в электронных устройствах?
7.18. Как определяются коэффициенты передачи по току для транзисторов, включенных с ОЭ, ОК и ОБ?
7.19. Как строится нагрузочная прямая работы транзистора в динамическом режиме?
7.20. Что такое рабочая точка (точка покоя) транзистора?
7.21. Как называются выводы полевого транзистора и в чем их конструктивные отличия?
7.22. Почему полевой транзистор называется униполярным?
7.23. Приведите УГО полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом, МОП-транзистора с индуцированным каналом, МОП-транзистора с встроенным каналом.
7.24. Чем отличается проходная характеристика МОП-транзистора с индуцированным каналом от проходной характеристики МОП-транзистора с встроенным каналом?
7.25. В чем отличие элемента интегральной микросхемы от компонента?
7.26. Как определяется степень интеграции микросхемы?
7.27. Дайте сравнительный анализ характеристик гибридных и полупроводниковых интегральных микросхем.
тема 8
8.1. Какой четырехполюсник называется усилителем?
8.2. Как определяется динамический диапазон усилителя?
8.3. Как определяется чувствительность усилителя?
8.4. Как определяется максимальный уровень входного сигнала усилителя?
8.5. Как классифицируются усилители по виду амплитудно-частотной характеристики?
8.6. Какой режим работы усилителя обеспечивает минимальные нелинейные искажения сигнала?
8.7. Какой режим работы усилителя обеспечивает максимальный коэффициент полезного действия?
8.8. В каких пределах изменяется угол отсечки в режиме АВ?
8.9. В каких пределах изменяется угол отсечки в режиме С?
8.10. За счет чего образуются искажения типа «ступенька» в двухтактных выходных каскадах?
8.11. Как устраняется искажение типа «ступенька» в двухтактных выходных каскадах?
8.12. Какие схемные решения используются для установки режимов работы усилительных каскадов?
8.13. Какие схемные решения используются для температурной стабилизации каскадов на биполярных транзисторах?
8.14. Какие схемные решения используются для установки режимов работы и температурной стабилизации каскадов на полевых транзисторах?
8.15. Как влияет положительная обратная связь на параметры усилителя?
8.16. Как влияет отрицательная обратная связь на параметры усилителя?
8.17. Как устраняется напряжение сдвига нуля в усилителях постоянного тока?
8.18. Какие способы используются для уменьшения температурного дрейфа нуля в усилителях постоянного тока?
8.19. Что такое «коэффициент ослабления синфазного сигнала»?
8.20. Какими свойствами характеризуется интегральный операционный усилитель (ОУ)?
8.21. Приведите формулу, связывающую выходное напряжение ОУ, охваченного отрицательной обратной связью, с напряжением на инвертирующем и неинвертирующем входах?
8.22. Как построить инвертирующий масштабный усилитель на ОУ?
8.23. Как построить неинвертирующий масштабный усилитель на ОУ?
8.24. Нарисуйте схему интегратора на ОУ?
8.25. Нарисуйте схему дифференциатора на ОУ?
8.26. Нарисуйте схему сумматора на ОУ?
8.27. Нарисуйте схему активного фильтра нижних частот второго порядка на ОУ?
8.28. Какая нагрузка используется в избирательных усилительных каскадах?
8.29. Укажите условия самовозбуждения усилителя, охваченного обратной связью.
тема 9
9.1. Проиллюстрируйте графически функции компаратора двух напряжений.
9.2. Поясните понятие «статическая погрешность компаратора».
9.3. Перечислите составляющие динамических погрешностей компаратора?
9.4. Нарисуйте компаратор, построенный на основе операционного усилителя.
9.5. Определите назначение аналогового переключателя.
9.6. Нарисуйте передаточную характеристику идеального аналогового переключателя.
9.7. Нарисуйте схему простейшего аналогового переключателя на биполярном транзисторе.
9.8. Нарисуйте схему простейшего аналогового переключателя на полевом транзисторе.
9.9. Укажите особенности полевых транзисторов, дающие им преимущества при построении аналоговых переключателей.
9.10. Дайте классификацию схем генераторов.
9.11. Укажите условия самовозбуждения генератор ангармонических колебаний.
9.12. Нарисуйте схему простейшего LC-автогенератора
9.13. Нарисуйте схему «емкостной трехточки».
9.14. Нарисуйте схему «индуктивной трехточки».
9.15. Нарисуйте схему RC-автогенератора с мостом Вина в цепи обратной связи.
9.16. Начертите схему и объясните принцип работы автогенератора с «индуктивной трёхточкой».
9.17. Сравнение RC-генераторов с LC-генераторами.
9.18. Какие способы используются для стабилизации частоты автогенераторов гармонических колебаний?
9.19. Какие устройства используются в импульсных генераторах для обеспечения положительной обратной связи в широком диапазоне частот?
9.20. Приведите осциллограммы, объясняющие работу автоколебательного, ждущего и дистабильного мультивибраторов.
тема 10
10.1. Нарисуйте схему простейшего насыщенного ключа на биполярном транзисторе.
10.2. Укажите условия, при которых транзистор простейшего насыщенного ключа находится в режиме отсечки.
10.3. Укажите условия, при которых транзистор простейшего насыщенного ключа находится в режиме насыщения.
10.4. Укажите условия, при которых транзистор простейшего насыщенного ключа находится в линейном режиме.
10.5. Дайте определение термина «коэффициент насыщения».
10.6. Укажите источники задержек при переключении простейшего насыщенного ключа.
10.7. Объясните особенности использования диода Шотки в цепи нелинейной обратной связи ненасыщенного биполярного ключа.
10.8. Нарисуйте основную схему токового переключателя.
10.9. Нарисуйте схему МДП ключа с линейной нагрузкой.
10.10. Нарисуйте схему МДП ключа с нелинейной нагрузкой.
10.11. Нарисуйте схему КМДП ключа.
10.12. Нарисуйте схему базового элемента ТТЛ.
10.13. Нарисуйте входную характеристику элемента ТТЛ.
10.14. Нарисуйте передаточную характеристику элемента ТТЛ.
10.15. Нарисуйте выходную характеристику элемента ТТЛ.
10.16. Нарисуйте схему ТТЛ с открытым коллектором.
10.17. Нарисуйте схему базового элемента ЭСЛ.
10.18. Нарисуйте входную характеристику элемента ЭСЛ.
10.19. Нарисуйте передаточную характеристику элемента ЭСЛ.
10.20. Нарисуйте выходную характеристику элемента ЭСЛ.
10.21. Нарисуйте схему ЭСЛ с открытым эмиттером.
10.22. Приведите причины высокого быстродействия ЭСЛ.
10.23. Дайте основную схему логического элемента на МДП транзисторах.
тема 11
11.1. Перечислите параметры источника вторичного питания.
11.2. Перечислите функции источника вторичного питания.
11.3. Нарисуйте функциональную схему традиционного источника вторичного питания.
11.4. Нарисуйте функциональную схему источника питания с преобразованием частоты и укажите причины его использования.
11.5. Перечислите параметры силового трансформатора, задаваемые при его изготовлении.
11.6. Укажите исходный параметр при расчете силового трансформатора.
11.7. Дайте эмпирическое выражение для определения суммарного сечения магнитопровода.
11.8. Дайте эмпирическое выражение для определения количества витков в силовом трансформаторе.
11.9. Как определяется диаметр провода первичной и вторичной обмоток силового трансформатора?
11.10. Укажите основную задачу, решаемую фильтром источника вторичного электропитания.
11.11. Нарисуйте эпюры напряжения на нагрузке и тока через диоды выпрямителя при использовании емкостного фильтра.
11.12. Как связаны величина сопротивления нагрузки и величина емкости фильтра в источнике питания?
11.13. Что такое «угол включения диода»?
11.14. Что такое «коэффициент пульсаций»?
11.15. От чего зависит величина «коэффициент пульсаций»?
11.16. Зачем используют двуполупериодный выпрямитель?
11.17. В каком случае используют стабилизатор напряжения?
11.18. Нарисуйте передаточную характеристику идеального стабилизатора.
11.19. Дайте схему простейшего параметрического стабилизатора напряжения.
11.20. Укажите недостатки простейшего параметрического стабилизатора напряжения.
11.21. Дайте схему параметрического стабилизатора напряжения с усилителем тока.
11.22. Чем определяется величина токоограничительного резистора в схеме простейшего параметрического стабилизатора напряжения?
11.23. Чем ограничена величина сопротивления нагрузки в простейшем параметрическом стабилизаторе напряжения?
11.24. Дайте функциональную схему компенсационного стабилизатора напряжения.
11.25. Дайте схему простейшего компенсационного стабилизатора напряжения.
11.26. Что такое «коэффициент стабилизации»?
11.27. Что определяется коэффициентом стабилизации в простейшем компенсационном стабилизаторе напряжения?
11.28. Укажите недостатки простейшего компенсационного стабилизатора напряжения.
11.29. Приведите схему компенсационного стабилизатора напряжения с дифференциальным каскадом.
11.30. Приведите схему компенсационного стабилизатора напряжения на основе ОУ.
11.31. Укажите общие недостатки компенсационных стабилизаторов напряжения.
11.32. Приведите упрощенную схему импульсного регулятора напряжения.
11.33. Чем определяется величина фильтрующей емкости в импульсном регуляторе напряжения?
11.34. Зачем нужен диод в импульсном регуляторе напряжения?
11.35. Что такое «широтно-импульсная модуляция»?
11.36. В чем преимущества импульсного регулятора напряжения?
11.37. Дайте функциональную схему импульсного регулятора напряжения с широтно-импульсной модуляцией.
11.38. Зачем используется «гальваническая развязка» в импульсном стабилизаторе с регулировкой промежуточной частоты?
11.39. Чем определяются величины фильтрующих емкости и конденсатора в импульсном стабилизаторе напряжения?
тема 12
12.1. Какие способы используются для преобразования электрической энергии измеряемой величины в механическую энергию?
12.2. Каков принцип действия индикатора магнитоэлектрической системы?
12.3. Приведите схему измерения постоянного тока с помощью магнитоэлектрического индикатора и объясните назначение шунтов.
12.4. Приведите схему измерения постоянного напряжения с помощью магнитоэлектрического индикатора и объясните назначение добавочных резисторов.
12.5. Как получают многопредельные амперметры и вольтметры?
12.6. Каковы принципы косвенных методов измерения сопротивлений?
12.7. Приведите схему измерения сопротивлений методом непосредственного отсчета.
12.8. Как могут быть расширены пределы измерения сопротивлений методом непосредственного отсчета?
12.9. В чем преимущества двухполупериодной схемы выпрямления по сравнению с однополупериодной в измерителях переменного напряжения и тока?
12.10. В каких случаях при измерении напряжений можно использовать конденсаторные делители напряжения?
4. Список РЕКОМЕНДОВАННОЙ литературы
4.1. Основная литература
1. , Аксенюк и электроника: учебное пособие.- Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 201с.
2. Иванов и основы электроники: учебник для студентов вузов /, , .-СПб.:Лань,2012. :-736с.
3. Опадчий и цифровая электроника: Полный курс. – М.: Горячая Линия-Телеком, 2000.
4. , Савелов : Учебное пособие для студ. втузов. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2002.
5. , Белоусов задач и упражнений по электротехнике и основам электроники: Учебное пособие. – М.: Высшая школа, 2001.
4.2. Дополнительная литература
6. Левашов и электроника: Рабочая программа, контрольные работы, курсовая работа и методические указания для студентов заочной формы обучения специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети». – Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2002.
7. Левашов электронных устройств: Практикум. – Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2003.
8. Останин к компьютерным лабораторным работам по электротехнике. – Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2002.
9. Останин лабораторные работы по электронике: Руководство. – Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2002.
10. Карлащук лаборатория на IBM PC: Программа Electronics Workbench и ее применение. – М.: СОЛОН-Р, 2000.
11. , , Осипов и ТОЭ в примерах и задачах: Практическое пособие. – СПб.: КОРОНА принт, 2001.
12. , , Соловьев : Основные положения, примеры и задачи. – СПб.: Изд-во «Лань», 2002.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение.. 3
1. Организационно-методические указания.. 4
2. Содержание дисциплины... 7
3. Методические рекомендации
по изучению дисциплины... 11
4. Список РЕКОМЕНДОВАННОЙ литературы... 24
