Электротехника и электроника (стр. 2 )

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.