МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Астраханский государственный университет»
в г. Знаменске Астраханской области
«УТВЕРЖДАЮ»
Директор филиала ФГБОУ ВПО АГУ
в г. Знаменске Астраханской области
__________________
Дисциплина блока общепрофессиональные дисциплины
(название блока учебного плана)
Кафедра математики и информатики
(название кафедры)
Электротехника и электроника
(дисциплина)
Рабочая учебная программа
для специальности
230201.65 Информационные системы и технологии (Знаменск)
(название специальности/ей)
2
(номер курса)
Автор - составитель:
(ФИО авторов)
e-mail:
*****@***ru
(адрес электронной почты)
Электротехника и электроника
(название дисциплины)
Рабочая учебная программа
Автор составитель к. т.н.,
(звание, ФИО)
Ответственный редактор
Зав. кафедрой математики и информатики, д. т.н. профессор,
(звание, ФИО)
Рабочая учебная программа обсуждена
на заседании кафедры математики и информатики
Протокол № 1 от 30.08. 2011 г.
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
В результате изучения дисциплины учащиеся получат:
представление о принципах и способах построения современных типовых элементов аналоговых и цифровых устройств;
знания по системному подходу к представлению характеристик сигналов и устройств, к процедурам проектирования электронных устройств; о современной и перспективной элементной базе цифровых и аналоговых электронных устройств;
умение собирать экспериментальные установки, измерять основные характеристики и параметры исследуемых устройств, осуществлять поиск неисправностей в электронных устройствах, проводить расчёты схем и моделирование электронных устройств на ПК с помощью современных программных продуктов.
Дисциплина «Электроника и схемотехника» СД.11 изучается в пятом семестре. Она основывается на курсе «Высшая математика» и её разделах по преобразованию Лапласа, Фурье; курсе «Физика» и в особенности на свойствах и характеристиках полупроводниковых материалов и приборов; курсе «Теоретические основы электротехники».
Знания и компетенции, полученные при изучении данной дисциплины, используются при изучении курсов, «Архитектура ЭВМ», «Интерфейсы информационных систем».
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВ ПО ТЕМАМ И ВИДАМ УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ
Наименование раздела, темы. | Количество аудиторных часов | ||||
Всего | в том числе по видам учебных занятий | ||||
Лек | Сем | Лаб | Сам | ||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
Тема 1. Введение. Системный подход к определению содержания дисциплины | 1 | 2 | |||
Тема 2. Системные модели и характеристики электронных устройств. Электрические и магнитные цепи. | 2 | 2 | |||
Тема 3. Принципы и способы построения, структуры вторичных источников питания и их элементная база | 2 | 1 | |||
Тема 4. Вспомогательные компоненты: преобразователи электрического сигнала в световой и обратно светового в электрический | 2 | 2 | |||
Тема 5. Реализация основных аналоговых функций: усилители, ограничители, сравнивающие устройства. Анализ и расчет цепей | 2 | 2 | |||
Тема 6. Транзисторно-транзисторные логические компоненты. Электромагнитные устройства и электрические машины. | 1 | 1 | |||
Тема 7. Вспомогательные компоненты: триггеры, устройства формирования и изменения длительности импульсов | 2 | 2 | |||
Тема 8. Реализация основных аналоговых операций на операционных усилителях | 1 | 1 | |||
Тема 9. Частотная фильтрация сигналов | 1 | 2 | |||
Тема 10. Эталоны: генераторы гармонических и импульсных колебаний | 2 | 1 | |||
Тема 11. Временная селекция сигналов | 1 | 1 | |||
Тема 12. Цифро – аналоговые и аналогового – цифровые преобразователи сигналов. Микропроцессоры | 1 | 1 | |||
Итого аудиторных часов | 36 | 18 | 18 | 134 | |
Всего часов на усвоение учебного материала | 170 |
СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ
1. Введение. Системный подход к определению содержания дисциплины. Понятие о системе, подсистеме, компоненте и элементе. различия в их моделях. цели системы, связи между отдельными частями, целостность. Основные операции необходимые для любых преобразований аналоговых (ограничение, масштабирование, алгебраическое суммирование, фильтрация, умножение, сравнение) и цифровых сигналов («И», «ИЛИ», «И-НЕ», «ИЛИ-НЕ»). Вспомогательные устройства – запоминающие устройства цифровых сигналов (триггеры), преобразователи цифрового сигнала в аналоговый (ЦАП) и аналогового в цифровой (АЦП). Эталоны (источники питания, эталонные источники постоянного, гармонического и импульсного токов), преобразователи вида энергии и элементы (резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, диоды, транзисторы).
Тема 2. Системные модели и характеристики электронных устройств. Электрические и магнитные цепи. Типы электрических сигналов, их временные и частотные характеристики, математические модели сигналов, преобразования Лапласа, Фурье, передаточные функции. Связь качества системы с её чувствительностью к изменениям параметров элементов, устойчивостью и структурой.
3. Принципы и способы построения, структуры вторичных источников питания и их элементная база. Синтез желаемого вида характеристик источников питания. Принципы построения, общая схема и элементная база. Построение источников питания. Кусочно-линейные модели желаемых характеристик выпрямителей и определение вольтамперной характеристики нелинейного элемента и его реализация с помощью выпрямительных диодов. Принципы построения выпрямителей и требования к параметрам диодов. Диоды Шоттки. Синтез эталонов источников постоянного напряжения, их кусочно-линейные модели, принципы построения, синтез требований к характеристикам нелинейного элемента и его реализация с помощью стабилитронов.
4. Вспомогательные компоненты: преобразователи электрического сигнала в световой и обратно светового в электрический сигнал. Приёмники и передатчики световых сигналов на фото - и светодиодах и лазерных излучателях света.
Тема 5. Реализация основных аналоговых функций: усилители, ограничители, сравнивающие устройства. Анализ и расчет цепей Принципы построения масштабирующих устройств и их желаемые характеристики. Синтез способов построения масштабирующих устройств с помощью усилителей. Элементная база усилителей. Однокаскадные усилители тока, напряжения, тока и напряжения, инверторы для логических схем.
Тема 6. Транзисторно-транзисторные логические компоненты. Электромагнитные устройства и электрические машины. Синтез принципов и способов построения логических элементов. Таблицы истинности логических операций И, ИЛИ, И-НЕ и их реализация на диодных ограничителях, достоинства и недостатки диодных логических компонентов. Аппроксимация желаемых характеристик и синтез способов их реализации. Базовые структуры логических элементов. Фактические характеристики, проблемы повышения быстродействия принципы и способы их достижения на примере выпускаемых логических элементов. Согласованное соединение быстродействующих компонентов на кристалле.
7. Вспомогательные компоненты: триггеры, устройства формирования и изменения длительности импульсов. Схемы типовых триггеров и их применение. Принципы построения, статические и динамические характеристики триггеров (RS, CRS, D, JK, T); применение триггеров в счетчиках и регистрах. Триггеры Шмидта и их применение для сравнения сигналов и формирования прямоугольных импульсов.
8. Реализация основных аналоговых операций на операционных усилителях. Синтез усилителей постоянного тока, операционные усилители (ОУ). Их системные характеристики и параметры. Способы масштабирования, алгебраического суммирования, интегрирования, дифференцирования, сравнения, ограничения и умножения на ОУ повышающих качество этих операций.
9. Частотная фильтрация сигналов. Принципы построения активных фильтров. Аппроксимация частотных характеристик. Способы построения типовых звеньев фильтров первого - третьего порядков с постоянными и переменными во времени параметрами и синтез их структур.
10. Эталоны: генераторы гармонических и импульсных колебаний. Генераторы гармонических и импульсных колебаний. Необходимые и достаточные условия возникновения гармонических и импульсных колебаний. Способы построения RC-генераторов гармонических колебаний с постоянными и переменными во времени параметрами и примеры их реализации. Способы построения мультивибраторов и ждущих генераторов импульсов.
11.Временная селекция сигналов. Синтез способов временной фильтрации импульсных помех на логических элементах И-НЕ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ и триггерах.
Тема 12. Цифро – аналоговые и аналогового – цифровые преобразователи сигналов. Микропроцессоры Преобразователь медленно меняющегося напряжения в длительность импульса (широтно-импульсный модулятор). Преобразователь длительности импульса в число импульсов эталонного генератора.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная литература
1. Лыпарь и схемотехника (электронная версия расположена на сайте каф. САиУ).– 2009г.
2. Ракитин схемы на КМОП-транзисторах. Учебное пособие. – М.: 2007г.
3., шагурин . Учебное пособие для вузов.-М.: Радио и связь, 2008.
Дополнительная литература:
1. Угрюмов схемотехника: Учеб. пособие для вузов.– СПб: BHV, 2008.
2. Прянишников . –СПб,: КОРОНА-ВЕК, 2009.
Вопросы к экзамену
1. Электрическая цепь и ее элементы. Назначение элементов цепи.
2. Классификация электрических токов, ЭДС и напряжений.
3. Классификация электрических цепей и их элементов.
4. Параметры элементов электрических цепей.
5. Изображение электрических цепей схемами соединений.
6. Схемы замещения электрических цепей.
7. Положительные направления токов, ЭДС и напряжений.
8. Установившиеся и переходные процессы.
9. Использование законов Кирхгофа в цепях постоянного и изменяющегося токов.
10. Режимы работы источника электрической энергии постоянного тока.
11. Схемы замещения источников электрической энергии постоянного тока.
12. Условия передачи источником максимальной мощности во внешнюю цепь.
13. Простейшая электрическая цепь с активным приемником.
14. Общие свойства активных участков цепи. Обобщенный закон Ома для участка цепи.
15. Последовательное соединение пассивных приемников.
16. Цепи с одним источником питания и параллельно соединенными пассивными приемниками.
17. Цепи с одним источником питания и смешанным соединением пассивных элементов..
18. Метод пропорциональных величин.
19. Метод эквивалентного преобразования соединений пассивных элементов звездой и треугольником
20. Параллельное соединение активных и пассивных ветвей. Метод напряжения между двумя узлами.
21. Анализ сложных цепей постоянного тока при помощи законов Кирхгофа.
22. Метод контурных токов.
23. Использование принципа суперпозиции для анализа цепей постоянного тока.
24. Метод эквивалентного генератора.
25. Резистивный элемент схем замещения цепей с изменяющимся током.
26. Индуктивный элемент схем замещения цепей с изменяющимся током.
27. Емкостный элемент схем замещения цепей с изменяющимся током.
28. Система уравнений, связывающая мгновенные значения ЭДС, напряжений и токов сложных электрических цепей с изменяющимся током.
29. Действующие значения периодических ЭДС, напряжений и токов.
30. Средние значения периодических ЭДС, напряжений, токов и мощности.
31. Представление синусоидальных ЭДС, напряжений и токов.
32. Полупроводниковый диод, ВАХ диода, применение.
33. Анализ простейших цепей постоянного тока с нелинейными элементами.
34. Графический метод расчета цепей постоянного тока, состоящих из последовательно соединенных нелинейных элементов.
35. Графический метод расчета цепей постоянного тока, состоящих из параллельно соединенных нелинейных элементов.
36. Аналитический метод расчета простейших нелинейных цепей постоянного тока.
37. Биполярный транзистор, характеристики, применение.
38. Схемы включения биполярного транзистора.
39. Простейший усилитель на биполярном транзисторе.
40. Дифференциальный усилитель.
41. Операционный усилитель.
42. Элементы цифровой техники.
43. Полевой транзистор.
44. Технология производства интегральных микросхем.
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
1. Исследование характеристик и параметров логических элементов И-НЕ, И-ИЛИ-НЕ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.
2. Исследование принципов построения, структур и параметров триггеров типа: RS, CRS, D, СJK, T.
3. Исследование способов построения устройств, изменяющих длительность запускающих импульсов.
4. Исследование способов построения счётчиков и регистров и индикации их работы. Увеличение их разрядности.
5. Исследование характеристик триггера Шмидта и его применений для формирования прямоугольных импульсов из сигналов различной формы и генерации прямоугольных импульсов.
6. Исследование преобразователя аналогового сигнала в цифровой код.
7. Моделирование и исследование характеристик стабилизаторов напряжения с применением программного комплекса MICRO-CAP.
Примечание: Лабораторные исследования выполняются за два посещения.
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
На практических занятиях проводятся теоретические расчёты исследуемых в лаборатории устройств. Студенты выполняют три расчётных задания.
ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ:
1. Определить сопротивление ламп накаливания при указанных
на них мощностях Р1= 100 Вт, Р2 = 150 Вт и
напряжении U = 220 В.
1. R1 = 484 Ом; R2 = 124 Ом.
2. R1 = 684 Ом; R2 = 324 Ом.
3. R1 = 484 Ом; R2 = 324 Ом.
2. Чему равен угол сдвига фаз между напряжением и током в емкостном элементе?
1. 0.
2. 90°.
3. -90°.
3. Чему равен ток в нулевом проводе в симметричной трехфазной цепи
при соединении нагрузки в звезду?
1. Номинальному току одной фазы.
2. Нулю.
3. Сумме номинальных токов двух фаз.
4. Симметричная нагрузка соединена треугольником. При измерении фазного
тока амперметр показал 10 А.
Чему будет равен ток в линейном проводе?
1.10 А.
2. 17,3 А.
3.14,14 А.
4. 20 А.
5. Какие трансформаторы используются для питания электроэнергией бытовых потребителей?
1.Измерительные.
2.Сварочные.
3.Силовые.
6.Частота вращения магнитного
поля асинхронного двигателя n1 = 1000об/мин. Частота вращения ротора n2 = 950об/мин.
Определить скольжение.
1. s = 0,05.
2. s = 0,5.
3. Для решения задачи недостаточно данных.
7. Синхронизм синхронного генератора, работающего в энергосистеме невозможен, если
1) вращающий момент турбины больше амплитуды электромагнитного момента;
2) вращающий момент турбины меньше амплитуды электромагнитного момента;
3) эти моменты равны.
8. Что произойдет с током возбуждения при коротком
замыкании на зажимах генератора параллельного
возбуждения?
1. Не изменится.
2. Станет равным нулю.
3. Увеличится.
4. Уменьшится.
9. В каком режиме работают основные агрегаты насосных станций?
1. Продолжительном.
2. Кратковременном.
3. Повторно – кратковременном.
10. Механическая характеристика двигателя постоянного
тока последовательного возбуждения
1) мягкая;
2) жесткая;
3) абсолютно жесткая.
11. Какое сопротивление должны иметь: а) амперметр; б) вольтметр
1. а) малое; б) большое;
2. а) большое; б) малое;
3. оба большое;
4. оба малое.
12. Опасен ли для человека источник электрической энергии, напряжением 36 В?
1. Опасен.
2. Не опасен.
3. Опасен при некоторых условиях.
13. Какое из приведенных соотношений электрической цепи синусоидального тока содержит ошибку 1. U = 2Um / π.
2. U = Um / 2.
3. f=1/T.
4. ω = 2 π f.
14. В электрической цепи с параллельно включенными резистивным элементом, идеальной катушкой
индуктивности и конденсатором наблюдается резонанс. Как он называется?
1. Резонанс токов.
2. Резонанс напряжений.
3. Резонанс мощностей.
15. Симметричный трехфазный потребитель электрической энергии соединен в звезду с нулевым проводом. Как
изменятся токи в фазах А, В, С и ток в нулевом проводе IN, если в фазе А произойдет обрыв фазного провода?
Указать неправильный ответ.
1. IА= 0.
2. IВ - не изменится.
3. IС - не изменится.
4. IN = 0.
16. В симметричной трехфазной цепи фазный ток равен 1,27 А, рассчитать линейный ток, если нагрузка соединена
треугольником.
1. 2,2 А;
2. 1,27 А;
3. 3,8 А.
17. В каком режиме работают измерительные трансформаторы тока (ТТ) и трансформаторы напряжения (ТН)?
Указать неправильный ответ.
1. ТТ в режиме короткого замыкания.
2. ТН в режиме холостого хода.
3. ТТ в режиме холостого хода.
18. Трехфазный асинхронный двигатель мощностью 1 кВт включен в однофазную сеть. Какую полезную мощность
на валу можно получить от этого двигателя?
1. Не более 200 Вт.
2. Не более 700 Вт.
3. Не менее 1 кВт.
19. Сколько ваттметров достаточно для измерения мощности трехфазной цепи при симметричной нагрузке?
1. Один.
2. Два.
3. Три.
20. Синхронные двигатели относятся к двигателям:
1) с регулируемой частотой вращения;
2) с нерегулируемой частотой вращения;
3) со ступенчатым регулированием частоты вращения.
21. Генератор постоянного тока смешанного возбуждения это генератор, имеющий:
1) параллельную обмотку возбуждения;
2) последовательную обмотку возбуждения;
3) все перечисленные обмотки возбуждения.
22. В каком режиме работают электроприводы кранов, лифтов, лебедок?
1. В длительном режиме.
2. В кратковременном режиме.
3. В повторно – кратковременном режиме.
23. В каких проводах высокая механическая прочность совмещается с хорошей электропроводностью?
1. В стальных.
2. В алюминиевых.
3. В стальалюминиевых.
24. Защитное заземление применяется для защиты электроустановок (металлических частей)..
1) не находящихся под напряжением;
2) находящихся под напряжением;
3) для ответа на вопрос не хватает данных
УСЛОВИЯ РЕАЛИЗАЦИИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ
Информационное, программное и аппаратное обеспечение локальной компьютерной сети, специальное программное обеспечение информационное и программное обеспечение глобальной сети Internet
МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Лаборатория оснащена специальными универсальными стендами, осциллографами, генераторами электрических колебаний, специализированными источниками вторичного электропитания стендов, лицензионными программными продуктами, позволяющими осуществить моделирование электронных схем.
