Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»
Утверждаю
Декан факультета
компьютерного проектирования
_________________А. В.Будник
«____»___________2006 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
«Физические основы электронно-оптической техники»
для специальности 36.04.01
«Электронно-оптические системы и технологии»
Факультет компьютерного проектирования
Кафедра электронной техники и технологии
Курс – 3
Семестр – 5
Лекции – 5 1(час), экзамен 7 семестр
Лабораторные работы – 32 (часа)
Практические занятия – 17 (часов)
Всего занятий – 100(часа)
Cамостоятельная работа 34 (часов)
Минск 2006
Рабочая программа составлена на основе Образовательного стандарта РД РБ 02.100.5.107-98 «Высшее образование» по специальности 36.04.01 «Электронно-оптические системы и технологи, утвержденного и введенного в действие приказом Министра образования 30.12.98 г. № 000 и в соответствии с рабочим учебным планом данной специальности, утвержденным Ученым советом БГУИР (протокол № 09 от _25.04.2002 г.)
Составители:
Л. И.Гурский, член-корреспондент НАН Беларуси, профессор, д. т.н., профессор кафедры Электронной техники и технологии Учреждения образования “Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники”
Раcсмотрена и рекомендована к утверждению на заседании кафедры
Электронной техники и технологии____ (протокол № от « » 2006 г.)
Заведующий кафедрой
академик НАН Беларуси ___________________________________А. П. Достанко
Одобрена и рекомендована к утверждению методической комиссией факультета
компьютерного проектирования__________________________________________
(протокол № __ от «__»________ 2006г.)
Председатель _____________ С. М. Боровиков
1. ПРЕДМЕТ И ЦЕЛЬ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
1.1. Предмет дисциплины—физические явления, закономерности и процессы, лежащие в основе функционирования изделий электронно-оптической техники.
1.2. Цель дисциплины -- изучение студентами физических явлений, закономерностей, процессов и эффектов, лежащих в основе функционирования изделий электронно-оптической техники.
В результате изучения дисциплины студенты должны
знать:
-- основные виды изделий, объединяемых термином электронно-оптическая техника;
-- основные определения, термины, принципы работы, элементы и характеристики, применяемые конструкции электронно-оптических приборов;
-- физические основы оптических явлений, лежащих в основе функционирования различных изделий электронно-оптической техники;
-- физические основы функционирования вакуумных и твердотельных электронных приборов в составе изделий электронно-оптической техники.
уметь:
-- анализировать явления и процессы, лежащие в основе функционирования изделий электронной техники, включая элементарные частицы, их виды и свойства, взаимодействия, модель атома, агрегатные состояния вещества, физические явления и процессы в них;
-- анализировать основные законы электромагнитного излучения и методы описания микроструктуры поля излучения;
-- анализировать общие характеристики и особенности процессов, происходящих при прохождении излучения через среды распространения и при преобразованиях излучения в электрический сигнал и обратно;
-- анализировать физические принципы работы приборов, узлов и систем в составе изделий электронно-оптической техники;
-- определять возможные области применения различных приборов, устройств и систем электронно-оптической техники в соответствия с физическими принципами их работы;
-- анализировать физические ограничения на характеристики и параметры изделий электронно-оптической техники, а также возможности их синтеза при использовании различных технологических процессов изготовления.
иметь представление:
-- о фундаментальной физической основе, на явлениях и эффектах которой основано производство, изготовление и функционирование изделий электронно-оптической техники.
1.3. Место дисциплины в учебном плане.
Совместно со следующими курсами учебного плана: Введение в специальность, Технология обработки материалов, Технология электронно-оптического аппаратостроения, Расчет и конструирование оборудования, Сопротивление материалов, Технология изделий электронно-оптической техники, Конструирование и технология электронных систем и др. дисциплины должны обеспечить подготовку высококвалифицированных специалистов с высшим образованием по специальности 36.04.01. Изучение дисциплины основано на использовании знаний, полученных студентами по следующим дисциплинам: «Физика» разделы: Электричество и магнетизм, Волновые процессы, Атом; «Химия» разделы: 2. Химическая кинетика, 5. Конструкционные материалы, 6. Основы химической термодинамики, 7. Фазовые равновесия; «Теория вероятности и математическая статистика» разделы: 10. Основные понятия математической статистики, 11. Интегральные оценки параметров распределений, 14. Основные задачи регрессионного анализа и др. в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.107--98 по данной специальности.
2. Содержание дисциплины
2.1. Введение.
Основные определения и классификация изделий электронно-оптической техники.
2.1.1. Основные понятия. Электронно-оптические и оптико-электронные приборы—основа изделий электронной техники. Принципы функционирования изделий электронно-оптической техники.
2.1.2. Определение и классификация приборов электронно-оптической техники. Общая схема электронно-оптического прибора. Сведения об элементах обобщенной схемы электронно-оптического прибора: оптическая система, объективы. Приемники излучения. Классификация по виду энергии, в которую преобразуется излучение. Классификация для областей спектра. Усилители и другие элементы электронного тракта. Обобщенная схема электрической части тракта электронно-оптических приборов. Системы обзора и анализа поля излучения, определение и классификация. Не сканирующие системы. Сканирующие системы. Растровые анализаторы поля излучения.
Р. Л.: 1. с.3-27, 2. с 3-12. ЛК 5 ч.
2.2. Физические основы работы изделий электронно-оптической техники.
2.2.1. Элементарные частицы и модель атома, основные сведения об элементарных частицах (электрон, ионы, кванты излучения). Возможные модельные представление электронов, ионов и атомов в виде частиц и волн.
Энергетическая модель атомов и твердых тел. Процессы столкновения. Схема возможных энергетических состояний атома газа. Схема энергетических уровней атомного ядра. Зонная модель твердого тела. Металлы, диэлектрики. Полупроводники. Зонная модель люминофора. Л. К. 6 ч
2.2.2. Электрический ток в высоком вакууме. Л. К. 2 ч
2.2.3. Принцип действия вакуумных ламп с управлением током (анод, триод, тетрод, пентод, гексоды, гептоды, октоды), сверхвысокочастотные лампы (дисковые триоды, клистрон, магнетрон, лампа бегущей волны, лампа обратной волны Л. К. 2 ч
2.2.4. Электрический ток в полупроводниках. Проводимость полупроводников. Подвижность носителей и удельная электропроводимость. Л. К. 2 ч
2.2.5. Контактные явления в полупроводниках. p-n-переходы, триоды p-n-p-типа, схемы включения и характеристики транзисторов. Вентильные фотоэлементы.
2.2.6. Сравнение свойств полупроводниковых и вакуумных приборов. Л. К. 2 ч
Р. Л. 3. с. 3-38, 118-144, 168-193, 207-233. 6. с. 11--65, 270-368. Л. К. 2 ч.
2.3. Физические явления и процессы, лежащие в основе функционирования электронно-оптической техники.
2.3.1. Электромагнитные волны. Общая характеристика. Теория электромагнитных явлений. Максвелла теория, ток смещения, плотность тока смещения, ток смещения в вакууме, поляризационный ток, физическая сущность открытия Максвелла, уравнения Максвелла, представление в векторной форме, математические методы: система координат, обозначение векторов, произведение двух векторов Е и Н, единичные векторы, градиент скалярной функции, компоненты вектора Е по осям координат, дивергенция векторной функции Е, вихрь вектора Е, оператор Лапласа, применение оператора С2 к скаляру и вектору, электромагнитное поле, закон Фарадея, закон Ампера, интерпретация закона Ампера Максвеллом, интегральная форма уравнений Максвелла, дифференциальные уравнения Максвелла, уравнения состояния или материальные уравнения. Л. К. 10 ч
2.3.2. Прохождение света через границу двух сред. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом. Отражение и преломление света диэлектриками. Л. К. 4 ч
2.3.3. Поляризация света. Способы получения поляризованного света. Элементы кристаллооптики. Двойное лучепреломление. Искусственное двойное лучепреломление. Анализ поляризованного света. Эллиптическая и круговая поляризация света. Интерференция поляризованных лучей. Вращение плоскости поляризации. Л. К. 4 ч
2.3.4. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Графическое сложение амплитуд вторичных волн. Дифракция Френеля. Дифракция Фраунгофера. Дифракционные явления в многомерных структурах.
Р. Л.: 5. с. 9--54, 397-434, 188-256, 262-384, 4. 563-570, 283-624, 652-673. Л. К. 6 ч.
2.3.5. Тепловое излучение. Основные положения. Законы излучения абсолютно черного тела. Оптическая пирометрия.
Р. Л.: 4, с. 689--698, 5. с. 675-704. Л. К. 2 ч.
2.3.6. Действие света. Фотоэлектрический эффект. Эффект Комптона, эффекты Фарадея, Керра, Поккельса и др. Давление света. Химические действия света.
Р. Л.: 4, с. 698--708. Л. К. 4 ч.
2.3.7. Люминесценция. Классификация процессов люминесценции. Закономерности люминесценции.
Р. Л.: 4, с. 709--712. Л. К. 2 ч.
3. ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
3.1. Основы геометрической оптики. Искривление световых лучей в неоднородных средах. (1 час)
3.2. Физические основы формирования оптических изображений. Условие анаберрационности поверхности. Каустическая поверхность. Ахроматический объектив. Условие ахроматизации призмы. Фотометрические понятия. Яркость, освещенность. Оптические, электростатические и магнитные линзы, определение фокусных расстояний. (1 час)
3.3. Интерференция света. Зеркала и бипризма Френеля. Контрастность и интенсивность интерференционных полос. Осцилляторы, спектральная плотность излучения. (1 час)
3.4. Дифракция света. Зонные пластинки. Оптимальное число зон для получения наибольшей яркости и отчетливости изображения. Дифракция Фраунгофера и Френеля. Зоны Шустера и спираль Корню. Дифракционная решетка. Оптические приборы: микроскоп, телескоп, фотоаппарат. (2 часа)
3.5. Отражение и преломление света. Магнитная проницаемость среды. Коэффициенты отражения и пропускания света. Поляризация прошедшего и отраженного света. Изотропные и анизотропные среды. (1 час)
3.6. Структура твердых тел: кристаллическая решетка, уравнение Шредингера для кристаллов. Кристаллооптика. Анизотропия кристаллов и оптические характеристики света, распространяющегося в кристалле. Двулучепреломляющие кристаллы. Распространение обыкновенной и необыкновенной электромагнитной волны. Поляризованный свет, интерференция поляризованных лучей. (2 часа)
3.7. Молекулярная оптика. Электрон в магнитном и электрическом полях. Световое давление. Поглощение света и уширение спектральных линий. Прохождение света через вещество. (2 часа)
3.8. Тепловое излучение. Равновесное излучение. Излучение абсолютно черного тела. Квантовые флуктуации света. (2 часа)
3.9. Зонная теория твердых тел. Зоны Бриллюэна. (2 часа)
3.10. Агрегатные состояния вещества. Физические свойства вещества. (2 часа)
3.11. Физические принципы работы электровакуумных и твердотельных приборов в устройствах электронно-оптической техники. (2 часа)
Итого 17 часов.
4. ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ (всего 32 часа)
4.1. Определение ширины запрещенной зоны полупроводников (4 часа)
4.2. Контактные явления в твердых телах. (4 часа)
4.3. Исследование переходных процессов в полупроводниковых
диодах с p-n переходом. (3 часа)
4.4. Физические основы работы биполярных транзисторов. (4 часа)
4.5. Физические основы работы полевых транзисторов. (4 часа)
4.6. Физические основы работы электровакуумных приборов (4 часа)
4.7. Физические принципы работы оптических приборов (4 часа)
4.8. Физические принципы работы полупроводниковых лазеров. (4 часа)
5. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ, ЕЕ ХАРАКТЕРИСТИКА
Самостоятельная работа студентов имеет целью закрепить учебный материал, рассматриваемый в лекциях, подготовиться к выполнению и защите лабораторных работ. Объем самостоятельной работы планируется 34 часов.
6. ПЕРЕЧЕНЬ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ, НАГЛЯДНЫХ И ДРУГИХ ПОСОБИЙ, МЕТОДИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ И МАТЕРИАЛОВ К ТЕХНИЧЕСКИМ СРЕДСТВАМ ОБУЧЕНИЯ
Программы
1. Программа расчета компонентов РЭС по результатам выполнения лабораторных работ.
2. Программы статистической обработки результатов лабораторных измерений параметров некоторых компонентов РЭС.
Видеофильмы
3. Функциональная электроника (видеофильм)
Диафильмы
4. ЗУ на ЦМД.
5. Технология пропитки трансформаторов и дросселей.
6. Изготовление деталей из керамики.
7. Изготовление ферритовых сердечников.
8. Фильтры и линии задержки на ПАВ.
Плакаты
9. Пленочные резисторы (интегральные токозадающие резисторы).
10. Конструктивные особенности биполярных ЗУ.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная литература
1. М. Теоретические основы оптико-электронных приборов: учебное пособие для приборостроительных вузов. -- 2-е издание, перераб. и доп.—Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1983 -- 696 с.
2. Ф. Теория оптико-электронных приборов и систем: учебное пособие.—Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение. 1980 -- 272 с.
3. Техническая электроника, т. 1. Физические основы электроники. Вакуумная техника.—М.: Энергия, 1971.
4. М., А. Справочник по физике.—М., Наука, 1978 -- 944 с.
5. В. Общий курс физики. Оптика.—М.: Наука, 1980 -- 752 с.
6. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х кн.—М.: Мир, 1984.
7. П. Технология интегральных схем.—Мн: Вышэйшая школа, 1982 -- 206 с.
Дополнительная литература
1. И., Я. Проектирование микросхем.—Мн.: Навука i тэхнiка, 1991 -- 295 с.
2. И., А., П., Л. Структура, топология и свойства пленочных резисторов.—Мн.: Навука i тэхнiка, 1987 -- 250 с.
3. И., В., В. Зарядовые свойства МОП-структур.—Мн.: Навука i тэхнiка, 1980 -- 200 с.
4. А., М., И. и др. Интеллектуальные системы автоматизированного проектирования БИС и СБИС. М.: Радио и связь -- 1988. - 450 с.
5. Физическая оптика.—М.: Наука, 1865 -- 632 с.
6. И. Оптика—М.: Высшая школа, 1986 -- 512 с.
7. И. Введение в современную оптику. - Мн.: Наука и техника, 1989 - 359 с.
8. Ф. Теория оптико-электронных приборов и систем.—Л.: Машиностроение, 1980 -- 272 с.
9. А. Теоретические основы оптико-физических исследований.—Л.: Машиностроение, 1987 -- 318 с.
10. А. Физические основы конструирования, технологии РЭА и микроэлектроники.—М.: Радио и связь, 1981 -- 248 с.
11. Оптоэлектроника.—Л.: Энергоатомиздат, 1989 -- 184 с.
Методическая литература
1. И., В., В., В. Лабораторный практикум по курсу «Физические основы электронно-оптической техники» для студентов специальности «Электронно-оптическое аппаратостроение». Часть 1.-Мн.: БГУИР, 1995 – 48 с.
2. В., Ч. Лабораторный практикум по курсу «Физические основы электронной техники» для студентов специальности «Электронное машиностроение». Часть 2.-Мн.: МРТИ, 1994 – 36 с.
2. Ч., В., В. Лабораторный практикум по курсу «Физические основы электронной техники» для студентов специальности «Электронное машиностроение». Часть 3.-Мн.: МРТИ, 1993 – 44 с.
Основные порталы (построено редакторами)