РАДИОМАТЕРИАЛЫ И РАДИОКОМПОНЕНТЫ
Учебная программа дисциплины
Федеральное агентство по образованию
Владивостокский государственный университет
экономики и сервиса
РАДИОМАТЕРИАЛЫ И РАДИОКОМПОНЕНТЫ
Учебная программа дисциплины
по направлению подготовки
210300.62 «Радиотехника»
специальностей
210303.65 Бытовая радиоэлектронная аппаратура
210305.65 Средства радиоэлектронной борьбы
Владивосток
Издательство ВГУЭС
2014
ББК 32.841
Учебная программа по дисциплине «Радиоматериалы и радиокомпоненты» составлена в соответствии с требованиями ГОС ВПО. Предназначена для студентов по направлению подготовки 210300.62 «Радиотехника» специальностей 210303.65 Бытовая радиоэлектронная аппаратура 210305.65 Средства радиоэлектронной борьбы.
Составитель: доцент кафедра Электроники
Утверждена на заседании кафедры Электроники от 01.01.2001 г. протокол № 3, редакция 2014 г. (заседание кафедры от 01.01.2001 г., протокол № 8).
Рекомендована к изданию учебно-методической комиссией Института информатики, инноваций и бизнес-систем ВГУЭС.
© Издательство Владивостокского
государственного университета
экономики и сервиса, 2014
Введение
Актуальность введения дисциплины «Радиоматериалы и радиокомпоненты» обусловлена тем, что она является базовой 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 особо 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».
Предназначена для студентов обучающихся по направлению подготовки 210300.62 «Радиотехника» специальностей 210303.65 Бытовая радиоэлектронная аппаратура и 21305.65 Средства радиоэлектронной борьбы.
1. Организационно – методические указания
1.1. Цели и задачи изучения дисциплины
Целью дисциплины «Радиоматериалы и радиокомпоненты» является изучение принципов построения, характеристик, функционирования электрических цепей и, как следствие, формирование у студентов теоретической базы и практических навыков для изучения последующих радиотехнических дисциплин.
Основными задачами дисциплины являются изучение общетеоретических положений реакции электрических цепей на различные формы воздействия на них (гармонического, импульсных и других), а также принципов построения и функционирования электрических цепей с заданными параметрами.
1.2. Перечень компетенций, приобретаемых при изучении
дисциплины
Дисциплина направлена на формирование следующих профессиональных качеств:
- знание свойств, характеристик и назначения проводниковых, полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов
- знание параметров, характеристик, системы обозначения и области применения радиокомпонентов
- правильно выбирать наиболее подходящие по своим техническим и экономическим характеристикам материалы
- обоснованно применять в радиоэлектронных устройствах соответствующие радиокомпоненты
В процессе изучения дисциплины формируются навыки:
- осуществлять выбор элементной базы электрических цепей;
Теоретические знания, полученные в процессе изучения дисциплины, формируют профессиональный взгляд на:
- аналитическое и экспериментальное исследование основных процессов, имеющих место в радиоматериалах и радиокомпонентах.
- моделирование радиокомпонентов в специальных программах и исследование их характеристик с помощью виртуальных измерительных приборов.
1.3. Основные виды занятий и особенности их проведения
Дисциплина «Радиоматериалы и радиокомпоненты» изучается студентами очной формы обучения в третьем семестре. Общее количество часов, которое отводится на изучение курса – 100. Аудиторных часов – 51, из них лекций 34 часа, лабораторных занятий 17 часов. На самостоятельную работу студентов отводится 49 часов.
Итоговый контроль – зачёт.
1.3.1. Лекционные занятия
Объём лекционных занятий составляет 34 часа, что значительно меньше необходимого, поэтому на лекциях рассматриваются наиболее сложные для понимания принципиальные вопросы.
Лекционный материал подразумевает стопроцентное обеспечение студентов учебниками из списка основной литературы, что позволяет не заострять внимание на выводах громоздких формул и второстепенных расчётах, акцентируя внимание студентов на узловых понятиях дисциплины «Радиоматериалы и радиокомпоненты», умении качественно объяснить процессы, происходящие в радиоматериалах и радиокомпонентах при минимальном использовании количественных критериев. При чтении лекций используется мультимедийное оборудование.
Лекционные занятия служат основой теоретических знаний студентов и позволяют им при использовании технической и справочной литературы, а также кафедральных разработок изучать другие более сложные процессы в радиоматериалах и радиокомпонентах.
1.3.2. Лабораторные работы
Лабораторные работы выполняются как на реальных стендах с использованием прилагаемого программного обеспечения, так и с применением только компьютерных технологий, что обеспечивает моделирование функционирования устройств различной сложности.
В ходе проведения лабораторных работ экспериментально подтверждаются результаты теоретического анализа свойств радиоматериалов и радиокомпонентов.
Ряд лабораторных работ выполняется с использованием программы «Electronics Workbench». Использование программы «Electronics Workbench» позволяет расширить программу исследований без увеличения затрат времени или увеличить количество тем, охваченных лабораторным практикумом.
1.3.3. Виды контроля и отчётности по дисциплине
В соответствии с Положением о рейтинговой системе оценки успеваемости студентов во Владивостокском государственном университете экономики и сервиса в ходе изучения дисциплины предусматриваются следующие виды контроля знаний студентов: текущая и промежуточная аттестации.
Текущая аттестация студентов осуществляется по результатам контроля уровня знаний в ходе проведения лекционных занятий, лабораторных работ и консультаций.
Текущая аттестация знаний студентов включает:
- защиту отчётов по выполняемым лабораторным работам;
- оценку знаний и умений студентов при проведении консультаций по лекционным занятиям и лабораторному практикуму;
- контроль посещаемости занятий.
Текущая аттестация проводится в форме устного или письменного опроса или теста по разделам дисциплины, изученных студентом в период между аттестациями, при этом учитывается посещение лекционных занятий, количество выполненных и защищённых заданий лабораторным работам, а также количество выполненных экспресс-контрольных работ за отчётный период. Форма аттестации предлагается ведущим преподавателем и утверждается на заседании кафедры. Результаты аттестации заносятся в ведомость установленной формы.
Промежуточная аттестация – зачёт. Итоговая оценка формируется на основе результатов текущих и промежуточной аттестаций и определяется в соответствии с требованиями Положения о рейтинговой системе оценки успеваемости студентов ВГУЭС.
1.3.4. Техническое и программное обеспечение дисциплины
Чтение лекций производится в аудиториях, имеющих мультимедийное оборудование.
Лабораторные работы выполняются частично на лабораторных стендах «Сигнал USB» с использованием прилагаемого компьютерного программного обеспечения и частично в компьютерном классе с использованием программы «Electronics Workbench».
2. Содержание ДИСЦИПЛИНЫ
2.1. Перечень тем лекционных занятий
Тема 1. Электрофизические свойства, характеристики и области применения в радиоэлектронных средствах проводниковых, полупроводниковых и диэлектрических материалов
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.
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.
Электрофизические свойства полупроводниковых материалов: чистые (собственные) полупроводники, примесные полупроводники.
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.
Магнитные свойства материалов: намагниченность, магнитная восприимчивость, магнитная проницаемость, магнитная индукция, диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики, ферримагнетики, потери в магнитных материалах, магнитомягкие материалы, магнитодиэлектрики, магнитотвёрдые материалы. 8 часов.
Тема 2. Электрофизические свойства основных конструкционных материалов радиоэлектронных средств
Механические, тепловые и физико-химические свойства. Полимерные материалы, пластмассы, электроизоляционные лаки, эмали и компаунды, стёкла и ситаллы, радиокерамические материалы, резины, волокнистые материалы, слюды. 4 часа.
Тема 3. Резисторы.
Назначение резисторов. Классификация резисторов: по назначению, по постоянству значения сопротивления, по виду токопроводящего элемента, по эксплуатационным характеристикам. Конструкции резисторов: плёночные резисторы, объёмные резисторы, переменные резисторы. Эквивалентная схема постоянного резистора. Параметры резисторов. Система обозначений и маркировки резисторов. Специальные резисторы: варисторы, терморезисторы, фоторезисторы, тензорезисторы, магниторезисторы. 6 часов.
Тема 4. Конденсаторы
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. Разновидности конденсаторов: керамические, стеклянные, стеклокерамические и стеклоэмалевые, слюдяные, бумажные, электролитические, плёночные, вариконды, варикапы. Система обозначений и маркировки конденсаторов. 4 часа.
Тема 5. Катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы
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. 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.
Назначение трансформаторов. Принцип действия трансформатора. Векторная диаграмма трансформатора. Основные характеристики. Потери в трансформаторе. 6 часов.
Тема 6. Линии задержки
Назначение линий задержки. Основные параметры. Электромеханические, электромагнитные линии задержки, линии задержки на поверхностных акустических волнах. 2 часа.
Тема 7. Типономиналы, модели и эксплуатационные характеристики радиокомпонентов
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.
Тема 8. Принципы обозначения (маркировки) отечественных и зарубежных пассивных радиокомпонентов
Буквенно-цифровая и цветовая маркировки отечественных и зарубежных пассивных радиокомпонентов. 2 часа.
2.3. Перечень тем лабораторных занятий
Лабораторные работы выполняются с использованием стенда «Сигнал USB» и программы «Electronics Workbench».
Тема 1. Исследование параметров и характеристик постоянного и переменного резисторов.
Цель занятия - нахождение опытным путем параметров и характеристик постоянных и переменных резисторов.
Задание включает исследование постоянного и переменного резисторов с помощью стенда «Сигнал USB» или программы «Electronics Workbench».
Тема 2. Исследование частотных свойств конденсатора
Цель занятия – исследование влияния частоты на параметры и характеристики конденсаторов.
Задание включает снятие опытным путём эквивалентной ёмкости конденсатора при изменении частоты и создание по полученным опытным данным приблизительной схемы замещения конденсатора.
Тема 3. Исследование частотных свойств катушки индуктивности
Цель занятия – исследование влияния частоты на параметры и характеристики катушки индуктивности.
Задание включает снятие опытным путём эквивалентной индуктивности катушки при изменении частоты и создание по полученным опытным данным приблизительной схемы замещения катушки индуктивности.
Тема 4. Исследование трансформатора
Цель занятия – исследование режима холостого хода и нагрузочного режима двухобмоточного трансформатора.
Задание включает экспериментальную и расчётную части и компьютерное моделирование.
3. методические рекомендации по изучению ДИСЦИПЛИНЫ
3.1. Перечень и тематика самостоятельных работ студентов
3.1.1. 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.
3.1.2. Индивидуальные домашние задания
1. Расчет однослойной катушки индуктивности.
3.2. Методические рекомендации по организации СРС
При написании реферата, индивидуального домашнего задания следует предварительно изучить соответствующий материал по предлагаемой теме. Для этого можно воспользоваться конспектом лекций, презентацией курса, расположенной на медиасервере ВГУЭС, литературой указанной в конце этой программы или любой другой литературой по заданной теме.
3.3. 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.
3.4. Контрольные вопросы для самостоятельной оценки качества освоения дисциплины
1. Укажите, что подразумевают под радиоматериалами и конструкционными материалами.
2. Укажите, как подразделяют материалы по реакции на электрическое поле.
3. Опишите структуру электронных оболочек атомов.
4. Укажите, что понимают под химической связью между атомами.
5. Опишите ковалентную связь.
6. Опишите металлическую связь.
7. Опишите ионную связь.
8. Опишите молекулярную связь.
9. Укажите, что называют фононом.
10. Укажите различие между изотропными и анизотропными материалами.
11. Опишите структуру кристаллических материалов.
12. Опишите основные понятия зонной теории.
13. Опишите основные положения классической электронной теории.
14. Опишите основные положения квантовой физики.
15. Опишите температурную зависимость электропроводности.
16. Опишите зависимость электропроводности от частоты.
17. Опишите электропроводность тонких плёнок.
18. Дайте классификацию проводниковых материалов.
19. Перечислите металлы с высокой удельной проводимостью.
20. Перечислите благородные металлы.
21. Перечислите тугоплавкие металлы.
22. Перечислите металлы со средней температурой плавления.
23. Опишите сплавы высокого сопротивления и укажите области их применения.
24. Опишите особенности сверхпроводящих сплавов и укажите области их применения.
25. Опишите состав припоев и укажите области их применения.
26. Укажите область применения углеродистых материалов.
27. Укажите область применения композиционных материалов.
28. Опишите, что представляют собой контактолы.
29. Опишите, что представляют собой керметы.
30. Укажите область применения проводящих материалов на основе окислов.
31. Поясните, что означает явление поляризации диэлектриков.
32. Опишите явление электронной поляризации.
33. Опишите явление дипольной поляризации.
34. Опишите явление ионной поляризации.
35. Опишите явление спонтанной (самопроизвольной) поляризации.
36. Опишите явление гистерезиса у диэлектриков со спонтанной поляризацией.
37. Опишите зависимость диэлектрической проницаемости от температуры.
38. Опишите зависимость диэлектрической проницаемости от частоты.
39. Укажите причины электропроводности диэлектриков.
40. Укажите причины диэлектрических потерь.
41. Поясните причины возникновения тока смещения (ёмкостного тока) в диэлектриках.
42. Поясните причины возникновения тока абсорбции в диэлектриках.
43. Поясните причины возникновения сквозного тока в диэлектриках.
44. Начертите векторную диаграмму токов и напряжения в диэлектрике.
45. Поясните, что называют углом диэлектрических потерь.
46. Поясните, что называют электрической прочностью диэлектрика.
47. Опишите разновидности пробоя диэлектриков.
48. Дайте классификацию диэлектрических материалов.
49. Укажите, что является первопричиной магнитных свойств радиоматериалов.
50. Укажите, что называют намагниченностью материала.
51. Укажите, что называют магнитной восприимчивостью материала.
52. Укажите, как подразделяются материалы по реакции на внешнее магнитное поле.
53. Опишите петлю гистерезиса магнитных материалов.
54. Укажите причины потерь в магнитных материалах.
55. Укажите отличия магнитомягких материалов от магнитотвёрдых.
56. Укажите, какую долю в современной радиоэлектронной аппаратуре (РЭА) составляют дискретные резисторы.
57. Укажите назначение резисторов в РЭА.
58. Дайте классификацию резисторов.
59. Опишите конструкции постоянных резисторов.
60. Опишите конструкции переменных резисторов.
61. Начертите эквивалентную схему резистора.
62. Опишите параметры резисторов.
63. Опишите маркировку резисторов.
64. Укажите резисторы, относящиеся к категории специальных.
65. Опишите устройство и принцип действия варисторов.
66. Опишите устройство и принцип действия терморезисторов.
67. Опишите устройство и принцип действия фоторезисторов.
68. Опишите устройство и принцип действия тензорезисторов.
69. Опишите устройство и принцип действия магниторезисторов.
70. Укажите, какую долю в современной радиоэлектронной аппаратуре (РЭА) составляют конденсаторы.
71. Дайте классификацию конденсаторов.
72. Опишите конструкции конденсаторов.
73. Укажите основные параметры конденсаторов.
74. Опишите основные разновидности конденсаторов.
75. Опишите систему обозначений и маркировки конденсаторов.
76. Опишите конструкции катушек индуктивности.
77. Опишите влияние собственной ёмкости катушки индуктивности на эквивалентную индуктивность катушки.
78. Опишите методы расчета катушек индуктивности.
79. Укажите причины потерь в катушках индуктивности.
80. Укажите назначение и особенности контурных катушек индуктивности.
81. Укажите назначение и особенности катушек связи.
82. Укажите назначение и особенности катушек с переменной индуктивностью (вариометров).
83. Укажите назначение и особенности дросселей.
84. Укажите назначение и особенности катушек индуктивности для гибридных интегральных схем.
85. Укажите, чем можно заменить катушки индуктивности.
86. Укажите области применения трансформаторов.
87. Опишите принцип действия трансформатора.
4. Список рекомендуемой литературы
4.1. Основная литература
1. Покровский, Феликс Николаевич.
Материалы и компоненты радиоэлектронных средств [Текст] : учебное пособие для вузов / . - М. : Горячая линия - Телеком, 2005. - 350 с. : ил.
2. Игнатов, Александр Николаевич.
Классическая электроника и наноэлектроника: учебное пособие для студ. вузов, обучающихся по направлению 210400 "Телекоммуникации" / , , . - М. : Флинта : Наука, 2009. - 728 с. : ил.
4.2. Дополнительная литература
1. Петров, Константин Степанович.
Радиоматералы, радиокомпоненты и электроника: Учебное пособие для студ. вузов, обуч. по направлению 654200 "Радиотехника" / . - СПб. : Питер, 2003. - 512с. - (Учебные пособия).
2. Таиров, Юрий Михайлович.
Технология полупроводниковых и диэлектрических приборов: Учебник для вузов / , . - 3-е изд., стереотип. - СПб. : Лань, 2002. - 424с. - (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.
4.3. Список учебно-методических
разработок
1. Радиоматериалы и радиокомпоненты [Текст] : учебная программа курса по спец. 201500 Бытовая радиоэлектронная аппаратура; 201700 Средства радиоэлектронной борьбы / сост. . - Владивосток : Изд-во ВГУЭС, 2004. - 15 с.
2. Горошко, Дмитрий Львович.
Радиоматериалы и радиокомпоненты: Учебно-практическое пособие / , . - Владивосток : Изд-во ВГУЭС, 2003. - 32с.
