МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВЛАДИВОСТОКСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА
ИНСТИТУТ ИНФОРМАТИКИ, ИННОВАЦИЙ И БИЗНЕС СИСТЕМ
КАФЕДРА ЭЛЕКТРОНИКИ
Радиоматериалы и радиокомпоненты
Рабочая программа учебной дисциплины
ОСНОВНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
210400.62 Радиотехника
Владивосток
Издательство ВГУЭС
2014
ББК 32.841
Рабочая программа учебной дисциплины «Радиоматериалы и радиокомпоненты» составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО. Предназначена для студентов ООП 210400.62 Радиотехника.
Составитель: , доцент кафедры электроники
Утверждена на заседании кафедры от 01.01.2001 г., протокол , редакция 2014 г.(заседание кафедры от 01.01.2001г., протокол №8).
Рекомендована к изданию учебно-методической комиссией Института информатики, инноваций и бизнес-систем ВГУЭС
© Издательство Владивостокский
государственный университет
экономики и сервиса, 2014
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность введения дисциплины «Радиоматериалы и радиокомпоненты» обусловлена тем, что она является необходимой для изучения дисциплин «Электроника», «Основы теории цепей», «Схемотехника аналоговых электронных устройств», «Радиоэлектронные средства бытового назначения», «Прием и обработка сигналов», «Формирование колебаний и сигналов» и др. и занимает важное место при подготовке радиоинженеров. Учебная программа содержит организационно-методические указания, перечень тем лекционных и лабораторных занятий, распределение часов по темам и видам учебных занятий, методические рекомендации по изучению курса, список рекомендуемой литературы. Для изучения дисциплины необходимо знание дисциплин «Физика», «Математический анализ» и «Физические основы электроники».
Учебная программа разработана в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом ООП 210400.62 Радиотехника.
1. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
1.1 Цели освоения учебной дисциплины
Курс «Радиоматериалы и радиокомпоненты» знакомит студентов с радиотехническими параметрами и свойствами материалов и компонентов, что дает основание для правильного выбора материалов и компонентов радиоэлектронных устройств, то есть, дает техническую основу для прикладных курсов, выполнения курсовых работ и проектов, дипломных проектов.
1.2 Место учебной дисциплины в структуре ООП (связь с другими дисциплинами)
ООП | Форма обучения | Блок | Трудоемкость (З. Е.) | Форма промежуточного контроля |
210400.62 Радиотехника. Средства радиоэлектронной борьбы | ОФО | Б.3.Б.03 | 3 | Э |
Дисциплина базируется на компетенциях, сформированных на предыдущем уровне образования
· алгебра и геометрия
· математический анализ, поток 3, модуль 1
· математический анализ, поток 3, модуль 2
· информатика и программирование – модуль 1
· информатика и программирование – модуль 2
· физика– модуль 1
· физика– модуль 2
· инженерная и компьютерная графика
Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения учебной дисциплины
Таблица 1. Формируемые компетенции
Компетенции | Знания, Умения, Владения | |
ПК-9: способностью осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования деталей, узлов и устройств радиотехнических систем | Знать: | основные этапы проектирования и создания радиоэлектронных средств (РЭС), принципы выбора конструкторских решений и обеспечения надежности |
Уметь: | осуществлять выбор элементной базы и конструкторских решений с учетом требований надежности, устойчивости к воздействию окружающей среды, электромагнитной совместимости и технологичности | |
Владеть: | методами, необходимыми для выбора элементной базы и конструкторских решений с учетом требований надежности, устойчивости к воздействию окружающей среды, электромагнитной совместимости и технологичности |
1.4 Основные виды занятий и особенности их проведения
Объем и сроки изучения дисциплины:
Общая трудоемкость дисциплин составляет 3 зачетных единицы. Из них 68 час – аудиторной работы, 76 часов – самостоятельной работы, 36 часов - экзамен. Удельный вес занятий, проводимых в интерактивных формах составляет 30 процентов аудиторных занятий
Итоговая аттестация по курсу — экзамен (1 з. е., 36 часов).
Дисциплина «Радиоматериалы и радиокомпоненты» включает в себя:
- лекционные занятия;
- лабораторные занятия;
- консультации;
- самостоятельная работа студентов;
- научные семинары;
- участие в студенческих конференциях;
1.5 Виды контроля и отчетности по дисциплине
Контроль успеваемости студентов осуществляется в соответствии с рейтинговой системой оценки знаний студентов.
Текущий контроль предполагает:
- проверку уровня самостоятельной подготовки студента при выполнении индивидуального задания;
- опросы и дискуссии по основным моментам изучаемой темы;
- проведение контрольных работ по блокам изученного материала;
- тестирование.
Промежуточный контроль предусматривает экзамен
2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
2.1 Темы лекций. Всего 32 часа
Раздел 1. Электрофизические свойства, характеристики и области применения в радиоэлектронных средствах проводниковых, полупроводниковых и диэлектрических материалов. 10 часов
Тема 1. Общие сведения о строении вещества: структура электронных оболочек атомов, химическая связь между атомами, структура твёрдых тел, основные понятия зонной теории.
Электрофизические свойства материалов. Радиоматериалы и конструкционные материалы и области их применения. 2 часа.
Тема 2.Электрофизические свойства проводниковых материалов: основные положения классической электронной теории, основные положения квантовой физики, температурная зависимость электропроводности, зависимость электропроводности от частоты, электропроводность тонких плёнок, классификация проводниковых материалов, сплавы металлов, неметаллические проводящие материалы. 2 часа.
Тема 3.Электрофизические свойства полупроводниковых материалов: чистые (собственные) полупроводники, примесные полупроводники. 2 часа.
Тема 4.Электрофизические свойства диэлектрических материалов: виды поляризации диэлектриков, зависимость диэлектрической проницаемости от температуры, зависимость диэлектрической проницаемости от частоты, электропроводность диэлектриков, диэлектрические потери, электрическая прочность диэлектриков, классификация диэлектрических материалов. 2 часа.
Тема 5.Магнитные свойства материалов: намагниченность, магнитная восприимчивость, магнитная проницаемость, магнитная индукция, диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики, ферримагнетики, потери в магнитных материалах, магнитомягкие материалы, магнитодиэлектрики, магнитотвёрдые материалы. 2 часа.
Раздел 2. Электрофизические свойства основных конструкционных материалов радиоэлектронных средств. 2 часа
Тема 1.Механические, тепловые и физико-химические свойства. Полимерные материалы, пластмассы, электроизоляционные лаки, эмали и компаунды, стёкла и ситаллы, радиокерамические материалы, резины, волокнистые материалы, слюды. 2 часа.
Раздел 3. Резисторы. 6 часов
Тема 1.Назначение резисторов. Классификация резисторов: по назначению, по постоянству значения сопротивления, по виду токопроводящего элемента, по эксплуатационным характеристикам. 2 часа.
Тема 2.Конструкции резисторов: плёночные резисторы, объёмные резисторы, переменные резисторы. Эквивалентная схема постоянного резистора. Параметры резисторов. Система обозначений и маркировки резисторов. 2 часа.
Тема 3.Специальные резисторы: варисторы, терморезисторы, фоторезисторы, тензорезисторы, магниторезисторы. 2 часа.
Раздел 4. Конденсаторы. 4 часа
Тема 1. Назначение конденсаторов. Классификация конденсаторов: по назначению, по характеру изменения ёмкости, по материалу диэлектрика. Конструкция конденсаторов: пакетная, трубчатая, дисковая, литая секционная, рулонная, конденсаторы гибридных интегральных микросхем, подстроечные, конденсаторы переменной ёмкости. Параметры конденсаторов, частотные свойства, потери энергии. 2 часа.
Тема 2.Разновидности конденсаторов: керамические, стеклянные, стеклокерамические и стеклоэмалевые, слюдяные, бумажные, электролитические, плёночные, вариконды, варикапы. Система обозначений и маркировки конденсаторов. 2 часа.
Раздел 5. Катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы. 6часов
Тема 1. Назначение катушек индуктивности и дросселей. Конструкции катушек индуктивности и дросселей. Индуктивность и собственная ёмкость катушки индуктивности и дросселя. Экранирование катушек индуктивности и дросселей.
Методика расчёта однослойных и многослойных катушек. 2 часа.
Тема 2. Потери в катушках индуктивности и в дросселях: резистивное сопротивление, поверхностный эффект, эффект близости потери в диэлектрике, потери в сердечнике, потери в экране. Разновидности катушек индуктивности и дросселей: контурные катушки индуктивности, катушки связи, вариометры, дроссели для сглаживания пульсаций выпрямленного тока и дроссели для высоких частот, катушки индуктивности для ГИС. 2 часа.
Тема 3. Назначение трансформаторов. Принцип действия трансформатора. Векторная диаграмма трансформатора. Основные характеристики. Потери в трансформаторе. 2 часа.
Раздел 6. Линии задержки. 2 часа
Тема 1. Назначение линий задержки. Основные параметры. Электромеханические, электромагнитные линии задержки, линии задержки на поверхностных акустических волнах. 2 часа.
Раздел 7. Типономиналы, модели и эксплуатационные характеристики радиокомпонентов. 2 часа
Тема 1. Типономиналы, модели и эксплуатационные характеристики выпрямительных, универсальных и импульсных диодов. Типономиналы, модели и эксплуатационные характеристики диодных сборок и матриц, варикапов, туннельных и обращённых диодов, сверхвысокочастотны диодов, стабилитронов и стабисторов. Типономиналы, модели и эксплуатационные характеристики тиристоров, оптоэлектронных приборов.
Типономиналы, модели и эксплуатационные характеристики маломощных низкочастотных, высокочастотных и сверхвысокочастотных биполярных транзисторов. Типономиналы, модели и эксплуатационные характеристики мощных низкочастотных, высокочастотных и сверхвысокочастотных биполярных транзисторов.
Типономиналы, модели и эксплуатационные характеристики маломощных и мощных полевых транзисторов. 2 часа.
Раздел 8. Принципы обозначения (маркировки) отечественных и зарубежных пассивных радиокомпонентов. 2 часа.
Буквенно-цифровая и цветовая маркировки отечественных и зарубежных пассивных радиокомпонентов. 2 часа.
2.3. Перечень тем лабораторных занятий. 16 часов
Тема 1. Исследование резистора. 4 часа.
Тема 2. Исследование катушки индуктивности. 4 часа.
Тема 3. Исследование конденсатора. 4 часа.
Тема 4. Исследование трансформатора. 4 часа.
3. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Программой дисциплины предусмотрено чтение лекций в аудиториях с мультимедийным оборудованием (презентации имеются по всем темам), проведение лабораторных занятий. На лекционных занятиях студенты изучают теоретический материал. На лабораторных занятиях студенты моделируют радиокомпоненты и анализируют полученные параметры и характеристики моделируемых элементов.
Для студентов в качестве самостоятельной работы предлагается подготовка докладов и сообщений, по моделированию радиокомпонентов.
4. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ КУРСА
4.1 Перечень и тематика самостоятельных работ студентов по дисциплине
В рамках общего объема часов, отведенных для изучения дисциплины, предусматривается выполнение следующих видов самостоятельных работ студентов:
o 4.1.1. Рефераты
1. Общие сведения о строении вещества.
2. Материалы, применяемые в электронной технике
3. Структура твёрдых тел.
4. Температурная зависимость электропроводности проводниковых материалов.
5. Зависимость электропроводности от частоты проводниковых материалов.
6. Электропроводность тонких плёнок, применяемых в электронной технике.
7. Металлы, применяемые в электронной технике.
8. Сплавы, применяемые в электронной технике.
9. Неметаллические проводящие материалы.
10. Виды поляризации диэлектрических материалов.
11. Электропроводность диэлектриков.
12. Диэлектрические потери.
13. Электрическая прочность диэлектриков.
14. Классификация диэлектрических материалов.
15. Магнитные материалы.
16. Классификация резисторов.
17. Конструкции резисторов.
18. Параметры и характеристики резисторов.
19. Система обозначений и маркировки резисторов.
20. Конструктивно-технологические разновидности резисторов.
21. Специальные резисторы.
22. Классификация конденсаторов.
23. Конструкции конденсаторов.
24. Параметры конденсаторов.
25. Разновидности конденсаторов.
26. Маркировка конденсаторов.
27. Конструкции катушек индуктивности.
28. Параметры и характеристики катушек индуктивности.
29. Потери в катушках индуктивности.
30. Разновидности катушек индуктивности.
31. Дроссели.
32. Трансформаторы.
o 4.1.2. Контрольные работы
1.Схема замещения резистора.
2.Схема замещения катушки индуктивности.
3.Схема замещения конденсатора.
Планируемое время выполнения одной контрольной работы 0,5 часа.
o 4.1.3. Индивидуальные домашние задания
1. Расчет соединения резисторов.
2. Расчет соединения катушек индуктивности.
3. Расчет соединения конденсаторов.
4. Расчет однослойной катушки индуктивности
4.2 Контрольные вопросы для самостоятельной оценки качества освоения учебной дисциплины
5 Укажите, что подразумевают под радиоматериалами и конструкционными материалами.
6 Укажите, как подразделяют материалы по реакции на электрическое поле.
7 Опишите структуру электронных оболочек атомов.
8 Укажите, что понимают под химической связью между атомами.
9 Опишите ковалентную связь.
10 Опишите металлическую связь.
11 Опишите ионную связь.
12 Опишите молекулярную связь.
13 Укажите, что называют фононом.
14 Укажите различие между изотропными и анизотропными материалами.
15 Опишите структуру кристаллических материалов.
16 Опишите основные понятия зонной теории.
17 Опишите основные положения классической электронной теории.
18 Опишите основные положения квантовой физики.
19 Опишите температурную зависимость электропроводности.
20 Опишите зависимость электропроводности от частоты.
21 Опишите электропроводность тонких плёнок.
22 Дайте классификацию проводниковых материалов.
23 Перечислите металлы с высокой удельной проводимостью.
24 Перечислите благородные металлы.
25 Перечислите тугоплавкие металлы.
26 Перечислите металлы со средней температурой плавления.
27 Опишите сплавы высокого сопротивления и укажите области их применения.
28 Опишите особенности сверхпроводящих сплавов и укажите области их применения.
29 Опишите состав припоев и укажите области их применения.
30 Укажите область применения углеродистых материалов.
31 Укажите область применения композиционных материалов.
32 Опишите, что представляют собой контактолы.
33 Опишите, что представляют собой керметы.
34 Укажите область применения проводящих материалов на основе окислов.
35 Поясните, что означает явление поляризации диэлектриков.
36 Опишите явление электронной поляризации.
37 Опишите явление дипольной поляризации.
38 Опишите явление ионной поляризации.
39 Опишите явление спонтанной (самопроизвольной) поляризации.
40 Опишите явление гистерезиса у диэлектриков со спонтанной поляризацией.
41 Опишите зависимость диэлектрической проницаемости от температуры.
42 Опишите зависимость диэлектрической проницаемости от частоты.
43 Укажите причины электропроводности диэлектриков.
44 Укажите причины диэлектрических потерь.
45 Поясните причины возникновения тока смещения (ёмкостного тока) в диэлектриках.
46 Поясните причины возникновения тока абсорбции в диэлектриках.
47 Поясните причины возникновения сквозного тока в диэлектриках.
48 Начертите векторную диаграмму токов и напряжения в диэлектрике.
49 Поясните, что называют углом диэлектрических потерь.
50 Поясните, что называют электрической прочностью диэлектрика.
51 Опишите разновидности пробоя диэлектриков.
52 Дайте классификацию диэлектрических материалов.
53 Укажите, что является первопричиной магнитных свойств радиоматериалов.
54 Укажите, что называют намагниченностью материала.
55 Укажите, что называют магнитной восприимчивостью материала.
56 Укажите, как подразделяются материалы по реакции на внешнее магнитное поле.
57 Опишите петлю гистерезиса магнитных материалов.
58 Укажите причины потерь в магнитных материалах.
59 Укажите отличия магнитомягких материалов от магнитотвёрдых.
60 Укажите, какую долю в современной радиоэлектронной аппаратуре (РЭА) составляют дискретные резисторы.
61 Укажите назначение резисторов в РЭА.
62 Дайте классификацию резисторов.
63 Опишите конструкции постоянных резисторов.
64 Опишите конструкции переменных резисторов.
65 Начертите эквивалентную схему резистора.
66 Опишите параметры резисторов.
67 Опишите маркировку резисторов.
68 Укажите резисторы, относящиеся к категории специальных.
69 Опишите устройство и принцип действия варисторов.
70 Опишите устройство и принцип действия терморезисторов.
71 Опишите устройство и принцип действия фоторезисторов.
72 Опишите устройство и принцип действия тензорезисторов.
73 Опишите устройство и принцип действия магниторезисторов.
74 Укажите, какую долю в современной радиоэлектронной аппаратуре (РЭА) составляют конденсаторы.
75 Дайте классификацию конденсаторов.
76 Опишите конструкции конденсаторов.
77 Укажите основные параметры конденсаторов.
78 Опишите основные разновидности конденсаторов.
79 Опишите систему обозначений и маркировки конденсаторов.
80 Опишите конструкции катушек индуктивности.
81 Опишите влияние собственной ёмкости катушки индуктивности на эквивалентную индуктивность катушки.
82 Опишите методы расчета катушек индуктивности.
83 Укажите причины потерь в катушках индуктивности.
84 Укажите назначение и особенности контурных катушек индуктивности.
85 Укажите назначение и особенности катушек связи.
86 Укажите назначение и особенности катушек с переменной индуктивностью (вариометров).
87 Укажите назначение и особенности дросселей.
88 Укажите назначение и особенности катушек индуктивности для гибридных интегральных схем.
89 Укажите, чем можно заменить катушки индуктивности.
90 Укажите области применения трансформаторов.
91 Опишите принцип действия трансформатора.
5.УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
5.1.Рекомендации по работе с литературой
Основной рекомендуемый учебник - [1] (основная литература): Покровский, Феликс Николаевич «Материалы и компоненты радиоэлектронных средств». В нём рассматриваются все темы данной программы (как электрофизические свойства материалов, так и пассивные радиокомпоненты радиоэлектронных средств). Дополнительно материал тем с третьей по восьмую изложен в [2] (основная литература). Так же все темы данной программы рассмотрены в [1] (дополнительная литература). При компьютерном моделировании процессов в радиокомпонентах можно использовать пособие [3] (дополнительная литература): Карлащук лаборатория на IBM PC. Программа «Electronics Workbench» и ее применение.
5.2 Основная литература
1. Покровский, Феликс Николаевич.
Материалы и компоненты радиоэлектронных средств [Текст] : учебное пособие для вузов / . - М. : Горячая линия - Телеком, 20с. : ил.
2. Игнатов, Александр Николаевич.
Классическая электроника и наноэлектроника: учебное пособие для студ. вузов, обучающихся по направлению 210400 "Телекоммуникации" / , , . - М. : Флинта : Наука, 20с. : ил.
5.3 Дополнительная литература
1. Петров, Константин Степанович.
Радиоматералы, радиокомпоненты и электроника: Учебное пособие для студ. вузов, обуч. по направлению 654200 "Радиотехника" / . - СПб. : Питер, 20с. - (Учебные пособия).
2. Таиров, Юрий Михайлович.
Технология полупроводниковых и диэлектрических приборов: Учебник для вузов / , . - 3-е изд., стереотип. - СПб. : Лань, 20с. - (Учебники для ВУЗов. Специальная литература). - Загл. обл.: Технология полупроводниковых и диэлектрических материалов.
3.
Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение «Солон - Р» Москва 2000.
5.4.Полнотекстовые базы данных
1 http://www. book. ru - Электронно-библиотечная система BOOK. ru
2 http://www. biblioclub. ru - Университетская библиотека online
3 http://diss. rsl. ru/ - Электронная библиотека диссертаций
4 http://elibrary. ru/ - Научная электронная библиотека
5. 5. Интернет-ресурсы
http://www. vvsu. ru/ddm - хранилище полнотекстовых материалов ВГУЭС
6. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Лекционные занятия проводятся в аудиториях с мультимедийным оборудованием (презентации имеются по всем темам).
Лабораторные работы выполняются с использованием стенда «Сигнал USB» и программы «Electronics Workbench».
7. СЛОВАРЬ ОСНОВНЫХ ТЕРМИНОВ
Энергетическая зона – зона, состоящая из очень близко расположенных энергетических уровней электронов.
Валентная зона – самая верхняя зона частично или полностью заполненная электронами
Зона проводимости – ближайшая к валентной зоне зона, не заполненная электронами.
Проводниковые материалы – материалы, основным свойством которых является сильно выраженная электропроводность.
Диэлектрики – материалы, обладающие незначительной электропроводностью.
Поляризация диэлектрика – процесс упорядочения его связанных электрических зарядов под действием электрического поля.
Резисторы – элементы, предназначенные для перераспределения и регулирования электрической энергии между элементами схемы РЭА.
Конденсаторы – элементы РЭА, способные накапливать электрические заряды на металлических обкладках при приложении к ним электрического напряжения.
Катушки индуктивности - элементы РЭА, способные накапливать энергию в собственном магнитном поле.
Трансформаторы – электромагнитные устройства, имеющие две или большее число индуктивно связанных обмоток и предназначенные для изменения значений переменног напряжения и тока.
