Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"
Факультет электроники и телекоммуникаций
Программа дисциплины Схемотехника телекоммуникационных устройств
Направления подготовки — 210700.62 Инфокоммуникационные технологии и системы связи
Автор программы: Кравченко Наталья Павловна, к. т.н., доцент, *****@***ru,
Одобрена на заседании кафедры Радиоэлектроники телекоммуникаций «___»__________ 20 г
Зав. кафедрой С. У.Увайсов
Рекомендована секцией УМС [Введите название секции УМС]
«___»____________ 20 г
Председатель [ О. Фамилия]
Утверждена УС факультета [Введите название факультета] «___»_____________20 г.
Ученый секретарь [ О. Фамилия] ________________________ [подпись]
Москва, 2013 г.
Область применения и нормативные ссылки
Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает минимальные требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности.
Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки бакалавров специальности 210700.62 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», изучающих дисциплину «Схемотехника телекоммуникационных устройств».
Область профессиональной деятельности бакалавров специальности 210700.62 включает совокупность технологий, средств, способов и методов человеческой деятельности, направленных на создание условий для обмена информацией на расстоянии по проводной, радио, оптической системам, ее обработки и хранения, в том числе - технологические системы и технические средства, обеспечивающие надежную и качественную передачу, прием, обработку и хранение различных знаков, сигналов, письменного текста, изображений, звуков по проводной, радио, оптической системам.
Программа разработана в соответствии с Федеральным Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 210700 инфокоммуникационные технологии и системы связи (квалификация (степень) "бакалавр"), Зарегистрировано в Минюсте РФ 5 февраля 2010 г. N 16275.
Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Схемотехника телекоммуникационных устройств»
является изучение основных закономерностей передачи информации в инфокоммуникационных системах, изучение студентами основ построения схем аналоговых и цифровых электронных устройств, осуществляющих усиление, фильтрацию, генерацию и обработку сигналов, а также аналого-цифровых и цифро-аналоговых устройств. В результате изучения дисциплины у студентов должны сформироваться знания, умения и навыки, позволяющие проводить анализ физических процессов и расчет основных электрических характеристик электронных устройств, как изучаемых в настоящей дисциплине, так и находящихся за ее рамками. Студенты должны также ознакомиться с особенностями микроминиатюризации рассматриваемых устройств на базе применения соответствующих интегральных микросхем.
Задача изучения дисциплины состоит в том, чтобы ознакомить студентов с современной элементной базой и схемотехникой аналоговых и цифровых устройств, применяемых в инфокоммуникационных системах, умению творчески применять и самостоятельно повышать свои знания в области инфокоммуникаций.
3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
Бакалавр по направлению подготовки 210700 Инфокоммуникационные технологии и системы связи готовится к следующим видам профессиональной деятельности:
сервисно-эксплуатационная;
расчетно-проектная;
экспериментально-исследовательская;
организационно-управленческая.
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
· владеть культурой мышления, способностью к восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);
· уметь аргументированно и ясно строить устную и письменную речь (ОК-2);
· готовность к работе в коллективе (ОК-3);
· способность находить решения в нестандартных ситуациях и готовность нести за них ответственность (ОК-4);
· стремиться к самообразованию, повышению своей квалификации и мастерства (ОК-5);
· критически оценивать свои достоинства и недостатки, наметить пути и выбрать средства развития достоинств и устранения недостатков (ОК-6);
· осознавать социальную значимость своей будущей профессии, обладать высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности (ОК-7);
· использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-9);
· владеть одним из мировых иностранных языков на уровне не ниже разговорного и в объеме, необходимом для возможности получения информации из зарубежных источников (ОК-10);
· способностью понимать значение информации в развитии современного информационного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны; владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации (ПК-1);
· иметь навыки самостоятельной работы на компьютере и в компьютерных сетях; осуществлять компьютерное моделирование устройств, систем и процессов с использованием универсальных пакетов прикладных компьютерных программ (ПК-2);
· готовностью к изучению научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по тематике инвестиционного (или иного) проекта; уметь собирать и анализировать информацию для формирования исходных данных для проектирования средств и сетей связи и их элементов (ПК-13);
· способностью к разработке проектной и рабочей технической документации, оформлению законченных проектно-конструкторских работ в соответствии с нормами и стандартами; готовностью к контролю соответствия разрабатываемых проектов и технической документации стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам (ПК-15);
· готовностью изучать научно-техническую информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-16);
В результате освоения дисциплины студент должен:
Знать:
· устройство и принцип действия, схемы включения и режимы работы приборов, вид статических характеристик и их семейств в различных схемах включения;
· принцип работы базовых каскадов аналоговых и логических элементов цифровых схем;
· принципы построения функциональных узлов с обратной связью;
· элементную базу и схемотехнику аналоговых, цифровых устройств, осуществляющих усиление, фильтрацию, генерацию и обработку сигналов,
Уметь :
· уметь проводить анализ и синтез логических устройств, синтезировать с использованием современной микроэлектронной элементной базы цифровые устройства, обеспечивающие заданное функционирование;
· анализировать параметры цепей и фильтров на персональных компьютерах
· рассчитывать основные параметры инфокоммуникационной системы (ОК-9, ПК-17).
Иметь навыки (приобрести опыт):
· иметь навыки самостоятельной работы на компьютере и в компьютерных сетях; осуществлять компьютерное моделирование устройств, систем и процессов с использованием универсальных пакетов прикладных компьютерных программ (ПК-2);
· навыки практической работы с лабораторными макетами аналоговых и цифровых устройств;
· навыки безмашинного и компьютерного проектирования и расчета аналоговых и цифровых телекоммуникационных устройств;
В результате освоения дисциплины студент осваивает следующие компетенции:
Компетенция | Код по ФГОС/ НИУ | Дескрипторы – основные признаки освоения (показатели достижения результата) | Формы и методы обучения, способствующие формированию и развитию компетенции |
Владеть культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1); | ОК-1 | Знает и умеет использовать основные законы и принципы электроники и схемотехники. | Лекции, практические работы, лабораторные работы. |
Уметь аргументированно и ясно строить устную и письменную речь | ОК-2 | Может объяснить материал, изложенный в лекции, задать конкретные вопросы по материалу дисциплины. | Лекции, практические занятия, домашние задания. |
Использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-9); | ОК-9 | Знает и может использовать знания, полученные при изучении математики, электротехники, электроники, владеет компьютером и рядом практических программных приложений, необходимых при изучении дисциплины. | Практические занятия, лабораторные занятия с применением ЭВМ. |
4. Место дисциплины в структуре образовательной программы
Для специализации 210700.62 " Инфокоммуникационные технологии и системы связи"
настоящая дисциплина является базовой (Б3Б)..
Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах:
· Физика.
· Линейная алгебра и геометрия.
· Математический анализ.
· Теоретические основы электротехники.
· Электроника.
· Теория вероятности и математическая статистика.
· Информатика.
· Дискретная математика.
· Численные методы в электронике.
· Общая теория связи.
· Русский язык и культура речи.
· Английский язык.
Для освоения учебной дисциплины, студенты должны владеть следующими знаниями и компетенциями:
· Использовать основные законы математики, физики и электронных дисциплин, необходимые для освоения данной дисциплины;
· Понимать статистическое описание случайных величин;
· Пользоваться понятиями информатики и компьютером, интернетом;
· Уметь ясно строить устную и письменную речь:
· Уметь пользоваться библиографией, в том числе на английском языке, понимать суть найденной ссылки или статьи.
Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем при изучении следующих дисциплин:
· Информационные технологии в инфокоммуникациях.
· Моделирование средств инфокоммуникаций.
· Цифровая обработка сигналов.
· Основы построения инфокоммуникационных сетей и систем.
· Вычислительная техника и информационные технологии.
· Методы и средства отображения информации.
Перечислите основные знания и компетенции, которыми должен владеть студент после освоения дисциплин, на которых базируется данная УД:
· Уметь использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования(ОК-9).
· Иметь навыки самостоятельной работы на компьютере; обладать способностью к компьютерному моделированию устройств и систем с использованием универсальных пакетов прикладных программ (ПК-2).
· Владеть навыками инструментальных измерений, используемых в области инфокоммуникационных технологий (ПК-4).
· Уметь собирать и анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт для формирования исходных данных по тематике инвестиционного (или иного) проекта (ПК-13).
· Уметь спланировать и провести необходимые экспериментальные исследования, по их результатам построить адекватную модель, использовать ее в дальнейшем при решении задач создания и эксплуатации инфокоммуникационного оборудования(ПК-14) .
5. Тематический план учебной дисциплины
[Тематический план отражает содержание дисциплины (перечень разделов), структурированное по видам учебных занятий с указанием их объемов в соответствии с РУП]
№ | Название раздела | Всего часов | Аудиторные часы | |||
Лекции | Практ. занятия | Лабор. работы | Самост. работа | |||
1. | Ведение в дисциплину. Основные понятия и определения. | 8 | 2 | 2 | 4 | |
2. | Цифровые сигналы и устройства их обработки. | 10 | 2 | 2 | 6 | |
3. | Транзисторные ключи, схемы построения и основные характериститки интегральных логических элементов (ИЛЭ). | 22 | 4 | 4 | 4 | 10 |
4. | Комбинационные логические устройства | 22 | 4 | 4 | 4 | 10 |
5. | Последовательностные устройства. | 14 | 4 | 4 | 6 | |
6. | Триггеры | 22 | 4 | 4 | 4 | 10 |
7. | Нелинейные электронные устройства. Основные эффекты. | 14 | 4 | 4 | 6 | |
8. | Идеализация и аппроксимация вольтамперных характеристик | 18 | 4 | 4 | 10 | |
9. | Формирование и детектирование модулированных колебаний | 22 | 4 | 4 | 4 | 10 |
10. | Преобразователи, смесители | 14 | 4 | 4 | 6 | |
11. | Домашние задания | 8 | 8 | |||
12. | Коллоквиум | 4 | 4 | |||
13. | Зачет | 8 | 2 | 6 | ||
14. | Экзамен | 8 | 8 | |||
15. | Итого | 192 | 36 | 36 | 18 | 104 |
Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем при изучении следующих дисциплин:
· Информационные технологии в инфокоммуникациях.
· Моделирование средств инфокоммуникаций.
· Цифровая обработка сигналов.
· Основы построения инфокоммуникационных сетей и систем.
· Электромагнитные поля и волны.
· Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства.
· Основы информационной безопасности и криптографии.
· Оптические и микроволновые линии связи.
· Методы и средства отображения информации.
6. Формы контроля знаний студентов
Тип контроля | Форма контроля | 1 год | Параметры ** | |
1 2 | 3 4 | |||
Текущий (неделя) | Коллоквиум | * | Устно. В аудитории. | |
Домашнее задание | * | Письменные отчеты по результатам практических занятий | ||
Зачет по лабораторным работам | * | Письменные отчеты по результатам работ | ||
Промежуточный | Зачет | * | устно | |
Итоговый | экзамен | * | устно |
** В графе Параметры указывается регламент (cвод постоянных или временных правил, регулирующих внутреннюю организацию и формы деятельности) проведения контроля (заполняется для каждого контроля соответственно): формат работы (письменная, устная, тест, тест в компьютерной программе и другое), время, отведенное на аудиторные работы, количество дней проведения контроля, количество дней оценки результатов контроля (только для итогового контроля), объем письменных работ для домашних работ, сроки сдачи письменных работ (число), время на самостоятельную подготовку письменных работ и другая информация, носящая регламентирующий характер.]
· Критерии оценки знаний, навыков
[Укажите для каждого контроля, что должен продемонстрировать студент на текущем, промежуточном или итоговом контроле, чтобы получить оценку. Требования к ответу студента должны соотноситься с компетенциями (раздел 3), которые формируются у студента]
Оценки по всем формам текущего контроля выставляются по 10-ти балльной шкале.
[Если оценки выставляются по другой шкале, необходимо указать таблицу соответствия оценок по предложенной шкале и 10-ти балльной шкале. Если проводится тестирования, то приводится шкала интервальных баллов, соответствующая оценке за работу по 10-балльной шкале]
По желанию автора программы, укажите особенности проведения контроля (образовательные технологии)
При наличии, укажите, какая дистанционная поддержка осуществляется при проведении контроля (выдача заданий, проверка работ и др.).
· Порядок формирования оценок по дисциплине
Преподаватель оценивает работу студентов на практических и лабораторных занятиях. Оценки за работу на семинарских и практических занятиях выставляются в рабочую ведомость. Накопленная оценка по 10-ти балльной шкале за работу на семинарских и практических занятиях определяется перед промежуточным или итоговым контролем - Оауд.
Преподаватель оценивает самостоятельную работу студентов: самостоятельная работа студентов оценивается правильностью выполнения домашних работ, задания для которых выдаются непосредственно на семинарских занятиях. Оценки за самостоятельную работу студента преподаватель выставляет в рабочую ведомость. Накопленная оценка по 10-ти балльной шкале за самостоятельную работу определяется перед промежуточным или итоговым контролем – Осам. работа.
Накопленная оценка за текущий контроль учитывает результаты студента по текущему контролю следующим образом:
Онакопленная= 0.7* Отекущий + 0.1* Оауд + 0.2* Осам. работа
где Отекущий рассчитывается как взвешенная сумма всех форм текущего контроля, предусмотренных в РУП
Результирующая оценка за зачет рассчитывается следующим образом:
Озач = 0.6* Онакопл + 0.4 *·Озач
Текущая оценка :
Отекущий, = 0.3·Окол + 0.35·Одз + 0.35·Олр ;
О
Результирующая оценка за экзамен рассчитывается следующим образом:
Орез = 0.15* Онакопленная2 + 0.2 *·Озач +0.4Оэкз
Студент может получить возможность пересдать низкие результаты за текущий контроль или работу на занятиях, самостоятельную работу, если у студента найдутся уважительные причины.
На пересдаче студенту не предоставляется возможность получить дополнительный балл для компенсации оценки за текущий контроль.
На зачете студент может получить дополнительный вопрос (дополнительную практическую задачу, решить к пересдаче домашнее задание), ответ на который оценивается в 1 балл.
На экзамене студент может получить дополнительный вопрос (дополнительную практическую задачу, решить к пересдаче домашнее задание), ответ на который оценивается в 1 балл.
ВНИМАНИЕ: оценка за итоговый контроль блокирующая, при неудовлетворительной итоговой оценке она равна результирующей.
7. Содержание дисциплины
Раздел 1 Определение и классификация электронных устройств (ЭУ) телекоммуникационных систем.
ЭУ строятся на основе электронных схем из пассивных и активных элементов.
К ЭУ относятся усилители, генераторы, модуляторы, детекторы, логические элементы цифровой технике и др.
Классификация по частотным диапазонам:
-от сверхдлинных до метровых волн;
-диапазон СВЧ;
-инфракрасные волны, оптика.
Классификация по виду характеристик:
-линейные ЭУ;
-нелинейные ЭУ.
Классификация по виду сигнала:
-аналоговые ЭУ;
-цифровые ЭУ.
Раздел 2. Цифровые сигналы и устройства их обработки.
Три этапа преобразования аналогового сигнала в цифровой: дискретизация, квантование, кодирование. Преимущества и недостатки цифровых сигналов. Структура одноканальной цифровой системы связи. Комбинационные и последовательные устройства обработки цифровых сигналов. Синтез комбинационных устройств на основе законов Булевой алгебры.
Раздел 3. Схемы построения и основные характеристики интегральных логических элементов (ИЛЭ).
Транзисторные ключи как основа построения ИЛЭ, их основные характеристики. Биполярные и МДП транзисторные ключи. ИЛЭ на полевых транзисторах – МОПТЛ, ИМОПТЛ. Параметры ИЛЭ. Полусумматоры и сумматоры как основа АЛУ.
Раздел 4. Комбинационные логические устройства.
Преобразователи кода, дешифраторы. Структура линейного и пирамидального дешифраторов, их преимущества и недостатки. Мультиплексоры и демультиплексоры. Выполняемые функции и структура.
Раздел 5. Последовательностные устройства.
Основные характеристики и параметры. Классификация.
Раздел 6. Триггеры.
Триггер как простейшее последовательное устройство. Асинхронный RS - триггер – схема и принцип действия. Синхронный RS - триггер на разных типах ИЛЭ. Двухступенчатый JK - триггер. Схема и принцип работы. Триггер задержки (D - триггер) и счетный триггер (Т - триггер), их схемы на JK - триггере и ИЛЭ.
Раздел 7. Нелинейные электронные устройства. Основные эффекты.
ЭУ на нелинейных эффектах: умножители частоты, модуляторы, детекторы (демодуляторы), смесители, выпрямители. Преобразование сигнала в ЭУ с полиноминальной характеристикой. Эффекты образования гармоник и комбинационных частот, их применение в ЭУ разного назначения. Комбинационные частоты 3-его порядка как основная причина нелинейных искажений сигналов в усилителях. Преобразование сигнала на характеристике с отсечкой тока (метод угла отсечки).
Раздел 8. Идеализация и аппроксимация вольтамперных характеристик.
Аппроксимация вольтамперных характеристик полиномом и кусочно-ломаной линией. Пределы применимости.
Раздел 9. Формирование и детектирование модулированных колебаний.
Принципы работы и параметры усилителей мощности. Расчет усилителей мощности методом угла отсечки. Сравнение характеристик усилителей мощности в классах А, В,С. Принцип работы и виды амплитудных модуляторов – базовый амплитудный модулятор, балансный модулятор. Частотный и фазовый модуляторы. Схема и принцип действия перемножителя сигналов. Синхронный детектор, его применение как амплитудного, частотного, фазового детекторов.
Раздел 10. Преобразователи, смесители.
Бигармонический сигнал. Преобразователи частоты. Умножитель. . Смеситель сигналов и структурная схема гетеродинного приемника. Эффект зеркального приема.
8. Образовательные технологии
При проведении практических занятий предусматриваются активные и интерактивные формы проведения занятий - разбор практических задач и выполненных домашних заданий.
· Методические указания студентам
Даются устно, или при помощи передачи информации по электронной почте.
9. Оценочные средства для текущего контроля и аттестации студента
a. Тематика заданий текущего контроля
Примерные задания
Домашнее задание – Анализ схемы активного фильтра 2-го порядка.
Домашнее задание – Синтез схемы комбинационного устройства по заданной таблице истинности.
b. Вопросы для оценки качества освоения дисциплины
Примерный перечень вопросов к зачету (экзамену) по всему курсу или к каждому промежуточному и итоговому контролю для самопроверки студентов.
1. Транзистор в ключевом режиме.
2. Основные логические функции и логические элементы.
3. Основные этапы проектирования комбинационных устройств.
4. Минимизация логических уравнений с помощью карт Карно.
5. Триггеры на логических элементах. Асинхронный RS-триггер.
6. Триггеры на логических элементах. Синхронный RS-триггер.
7. D-триггер.
8. Т-триггер.
9. Универсальный JK-триггер.
10. Счетчики импульсов на сложение.
11. Счетчики импульсов на вычитание.
12. Счетчики импульсов на 5.
13. Реверсивные счетчики импульсов на сложение.
14. Реверсивные счетчики импульсов на вычитание.
15. Регистры.
16. Шифраторы, дешифраторы.
17. Мультиплексоры, демультиплексоры.
18. Нелинейный режим работы усилителя. Аппроксимация ДПХ кусочно-линейной ломаной.
19. Нелинейный режим работы усилителя. Квадратичная аппроксимация ДПХ.
20. Нелинейный режим работы усилителя. Усилитель мощности низкой частоты. КПД.
21. Нелинейный режим работы усилителя. Усилитель мощности низкой частоты. Бестрансформаторный УМ.
22. Нелинейный режим работы усилителя. Усилитель мощности низкой частоты, работающий в режиме класса В. Двухтактная схема.
23. Нелинейный режим работы усилителя. Усилитель мощности высокой частоты.
24. Нелинейный режим работы усилителя. Преобразование спектра сигналов. Нелинейный элемент + фильтр.
25. Нелинейный режим работы усилителя. Умножитель частоты.
26. Нелинейный режим работы усилителя. Смеситель.
27. Амплитудная модуляция, амплитудно-модулированный сигнал.
28. Амплитудная модуляция, амплитудный базовый модулятор.
29. Детектирование.
· Примеры заданий промежуточного /итогового контроля
По желанию автора программы, приводятся примеры билетов с вопросами и задачами, заданий для зачета или экзамена, тренировочные тесты по дисциплине.
10. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
a. Базовый учебник
Отсутствует
b. Основная литература
· А., Г. Электронные цепи и микросхемотехника. Учебник. М., Высшая школа, 2002
· Мухин С В., П. Аналоговые и импульсные устройства. Учебное пособие. М., МИЭМ, 2005
· В., П. Цифровые и микропроцессорные устройства. Учебное пособие. М., МИЭМ, 2005
· А., А. Программа схемотехнического моделирования MicroCap 8. М.: Горячая линия Телеком, 2007. 464 с. Ил
· П., А. Методические указания к выполнению курсовой работы по курсам «Электронные цепи и микросхемотехника» и «Схемотехника». М., МИЭМ, 2006
c. Дополнительная литература
· И., С. Основы радиоэлектроники и связи. М., Высшая школа,2009.
· Полупроводниковая схемотехника, т.1,т.2. М., Додека-XXI, 2008
d. Справочники, словари, энциклопедии
e. Программные средства
· Программа схемотехнического моделирования MicroCap 8
f. Дистанционная поддержка дисциплины
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Оборудование для лабораторных работ, практических занятий, проектор для лекций ]
11. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Используется оборудование для проведения натурных экспериментальных исследований (лабораторных работ): экспериментальные стенды с радиотехническими пассивными и активными элементами (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды, биполярные и полевые транзисторы, операционные усилители, блоки питания), приборы: генераторы стандартных низкочастотных и высокочастотных сигналов, осциллографы, анализаторы спектров, генератор шумовых сигналов. Лаборатория рассчитана на фронтальное выполнение лабораторных работ группой студентов до 24 человек, по 12 экспериментальных мест в двух комнатах. Имеется помещение для проведения натурных экспериментов на стендах для исследования цифровых устройств.
Для успешного освоения дисциплины, студент использует следующие программные средства:MathCad, MicroCap.
Основные порталы (построено редакторами)