МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
__________________________________________________________________________
«МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»
Согласовано ______________________ «___» _______________ 20__ г. | Утверждаю Директор ИПКП ____________________ «___» _______________ 20__ г. учреждения |
ПРОГРАММА ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ
Микроэлектронные устройства и преобразователи систем управления и контроля
Москва, 2016 г.
Цель реализации программыПовышение профессионального уровня слушателя, изучение передового опыта, а также закрепление теоретических знаний, полученных при освоении программы в рамках имеющейся квалификации и развития следующих компетенций:
1) Уметь практически разработать структурную и принципиальную электрическую схемы аналогового микроэлектронного устройства; провести расчет параметров аналоговых электронных и оптоэлектронных устройств.
2) Уметь практически разработать структурную и принципиальную электрическую схему микроэлектронного устройства; провести расчет параметров электронных устройств, выбрать компоненты с использованием справочной и методической литературы.
3) Уметь практически проводить анализ сенсоров систем контроля и управления по их моделям, функциональным и принципиальным схемам, разрабатывать структурные и принципиальные схемы сенсоров систем контроля и управления; проводить расчет функциональных узлов сенсоров.
4) Уметь практически разработать структурную и принципиальную схему оптических и волоконно-оптических устройств и систем.
Требования к результатам обучения
В результате освоения программы слушатель должен приобрести следующие знания и умения, необходимые для качественного изменения компетенций, указанных в п.1:
слушатель должен:
1. Знать на уровне представлений основные понятия микроэлектронной и микропроцессорной техники, иметь представление о перспективных направлениях развития электронных устройств.
2. Знать на уровне воспроизведения основные характеристики и параметры современных микроэлектронных приборов и устройств.
3. Знать на уровне понимания принципы построения функциональных узлов на основе интегральных микросхем, их математические модели, основные характеристики и параметры; принципы построения микропроцессорных устройств и их основных узлов.
4. Уметь теоретически проводить анализ аналоговых и цифровых микроэлектронных узлов по их моделям, функциональным и принципиальным электрическим схемам.
5. Владеть навыками разработки микроэлектронного устройства по данным технического задания, выбора компонентов с использованием справочной и методической литературы.
6. Знать на уровне представлений основные понятия сенсорных технологий, назначение сенсоров в системах контроля и управления.
7. Знать на уровне воспроизведения основные характеристики и параметры современных сенсоров, способы преобразования физических величин.
8. Знать на уровне понимания принципы построения функциональных и структурных схем сенсоров систем контроля и управления, математические модели сенсоров.
9. Уметь теоретически составлять математические модели сенсорных устройств, проводить анализ погрешностей сенсоров.
10. Владеть навыками разработки сенсорного устройства по техническому заданию, выбора компонентов сенсоров систем контроля и управления с использованием справочной и методической литературы, проведения исследования и моделирования схем сенсоров.
11. Знать на уровне представлений основные понятия волоконно-оптических устройств и систем.
12. Знать на уровне воспроизведения основы построения волоконно-оптических устройств и систем, их модели, основные характеристики и параметры.
13. Знать на уровне понимания принципы построения функциональных и структурных схем волоконно-оптических устройств и систем.
14. Уметь теоретически производить анализ волоконно-оптических устройств и систем по их моделям, функциональным и принципиальным схемам.
15. Владеть навыками выбора компонентов волоконно-оптических устройств и систем с использованием справочной и методической литературы.
Содержание программы
Учебный план
программы повышения квалификации
«Микроэлектронные устройства и преобразователи систем управления и контроля»
Категория слушателей - Преподаватели вузов, работники предприятий промышленности.
Срок обучения - 72 часа(ов)
Форма обучения - c частичным отрывом от работы
№ п/п | Наименование разделов | Всего, час. | В том числе |
лекции | практич. занятия |
1 | Физические основы микроэлектроники | 12 | 6 | 6 |
2 | Электроника | 24 | 12 | 12 |
3 | Сенсорные технологии | 20 | 10 | 10 |
4 | Волоконно-оптические устройства и системы | 14 | 8 | 6 |
5 | Итоговый контроль | 2 | 0 | 2 |
Итоговая аттестация |
Учебно-тематический план
программы повышения квалификации
«Микроэлектронные устройства и преобразователи систем управления и контроля»
№ п/п | Наименование разделов и тем | Всего, час. | В том числе |
лекции | практич. занятия |
1 | Физические основы микроэлектроники | 12 | 6 | 6 |
1.1 | Электронные приборы. | 4 | 2 | 2 |
1.2 | Анализ простейших аналоговых устройств с электронными приборами. | 4 | 2 | 2 |
1.3 | Основы усиления сигналов. | 4 | 2 | 2 |
2 | Электроника | 24 | 12 | 12 |
2.1 | Аналоговые электронные приборы и устройства. | 4 | 2 | 2 |
2.2 | Логические элементы. Комбинационные устройства. | 4 | 2 | 2 |
2.3 | Триггеры. Последовательностные и запоминающие устройства. | 4 | 2 | 2 |
2.4 | Устройства сопряжения аналоговых и цифровых устройств. | 4 | 2 | 2 |
2.5 | Основы построения микропроцессорных устройств. | 8 | 4 | 4 |
3 | Сенсорные технологии | 20 | 10 | 10 |
3.1 | Структура, классификация и параметры сенсоров. | 4 | 2 | 2 |
3.2 | Резистивные сенсоры и тензопреобразователи | 4 | 2 | 2 |
3.3 | Емкостные и индуктивные сенсоры. | 4 | 2 | 2 |
3.4 | Пьезоэлектрические и пьезорезонансные датчики. | 4 | 2 | 2 |
3.5 | Микроэлектромеханические датчики угловой скорости. | 4 | 2 | 2 |
4 | Волоконно-оптические устройства и системы | 14 | 8 | 6 |
4.1 | Классификация оптических устройств и систем. Характеристики оптического излучения. | 2 | 2 | 0 |
4.2 | Функциональные узлы оптоволоконных устройств и систем. | 4 | 2 | 2 |
4.3 | Волоконно-оптические каналы передачи данных. Мультиплексирование оптической информации. | 4 | 2 | 2 |
4.4 | Оптические датчики. | 4 | 2 | 2 |
5 | Итоговый контроль | 2 | 0 | 2 |
5.1 | Итоговый контроль | 2 | 0 | 2 |
Итого | 72 | 36 | 36 |
Учебная программа
повышения квалификации
«Микроэлектронные устройства и преобразователи систем управления и контроля»
1.1. Электронные приборы. (4ч.)
Характеристика поколений электронной аппаратуры. Диоды. Биполярные и полевые транзисторы, тиристоры. Оптоэлектронные приборы.
1.2. Анализ простейших аналоговых устройств с электронными приборами. (4ч.)
Методы анализа устройств с электронными приборами. Анализ электронных устройств с нелинейными приборами. Обеспечение работы биполярного транзистора в активном режиме и в режиме переключений.
1.3. Основы усиления сигналов. (4ч.)
Классификация усилителей. Характеристики и параметры. Классы усиления. Межкаскадные связи. Основные схемы включения операционных усилителей. Погрешности усилителей.
2.1. Аналоговые электронные приборы и устройства. (4ч.)
Аналоговые сумматоры. Интеграторы и дифференцирующие устройства. Преобразователь «ток-напряжение». Триггер Шмитта. Аналоговые множительно-делительные устройства. Устройства с емкостными элементами в цепи обратной связи.
2.2. Логические элементы. Комбинационные устройства. (4ч.)
Булевский базис. Типы логических элементов. Основные характеристики и параметры, примеры реализации. Базовые элементы, свойства и сравнительные характеристики современных интегральных систем элементов. Трехстабильный логический элемент. Дешифраторы, шифраторы. Мультиплексоры, демультиплексоры. Сумматоры, инкременторы. Цифровые компараторы. Арифметико-логические устройства. Реализация произвольных логических функций. Преобразователи кодов. Цифровые умножители.
2.3. Триггеры. Последовательностные и запоминающие устройства. (4ч.)
Асинхронные и тактируемые триггеры. Основные типы триггеров: R-S, D, J-K. Двухступенчатые триггеры. Счетный режим триггера. Счетчики импульсов. Регистры. Оперативные и постоянные запоминающие устройства. Структура и работа запоминающих устройств. Программируемые логические матрицы.
2.4. Устройства сопряжения аналоговых и цифровых устройств. (4ч.)
Структуры цифро-аналоговых преобразователей. Цифро-аналоговый преобразователь на основе резистивной матрицы R-2R. Аналого-цифровые преобразователи.
2.5. Основы построения микропроцессорных устройств. (8ч.)
Структура микропроцессорного устройства. Регистровая модель микропроцессора. Система команд процессора. Организация обращений к памяти. Программируемые устройств ввода/вывода. Сигнальная модель микропроцессора. Разработка архитектуры микропроцессорного устройства. Основы программирования микропроцессорных устройств.
3.1. Структура, классификация и параметры сенсоров. (4ч.)
Структура преобразований физической величины. Блок предварительного преобразования. Первичный преобразователь. Взаимное преобразование физических величин. Классификация датчиков по принципу действия и по назначению. Параметры датчиков. Функция преобразования. Погрешности датчиков.
3.2. Резистивные сенсоры и тензопреобразователи (4ч.)
Резистивные датчики с механическим перемещением. Эквивалентная электрическая схема резистивного сенсора. Схемы обработки первичных сигналов сенсоров. Погрешности резистивных датчиков. Резистивные датчики с оптическим входом. Терморезисторы. Функция преобразования тензопреобразователей. Чувствительность тензопреобразователей. Погрешности тензодатчиков. Измерение давления, ускорения и силы с помощью тензодатчиков.
3.3. Емкостные и индуктивные сенсоры. (4ч.)
Емкостные датчики с изменением свойств диэлектрика. Датчики с изменением площади перекрытия электродов. Датчики с изменением зазора между электродами. Первичная электронная обработка в ёмкостных датчиках. Погрешности емкостных датчиков. Датчики с переменным магнитным зазором. Датчики переменным положением магнитного сердечника. Дифференциальный линейный преобразователь. Датчики с переменным воздушным зазором.
3.4. Пьезоэлектрические и пьезорезонансные датчики. (4ч.)
Функция преобразования пьезоэлектрического датчика. Электрическая схема формирования выходного напряжения. Погрешности презоэлектрических датчиков. Структура и эквивалентная схема пьезорезонансного датчика. Резонансные режимы пьезорезонансного датчика. Методы изменения частоты колебаний. Применение пьезорезонансных датчиков для измерения силы. Термопары.
3.5. Микроэлектромеханические датчики угловой скорости. (4ч.)
Структура микроэлектромеханического датчика угловой скорости. Параметры колебаний преобразователя на основе пьезоэлемента. Математическая модель датчика угловой скорости. Особенности формирования выходного сигнала.
4.1. Классификация оптических устройств и систем. Характеристики оптического излучения. (2ч.)
Классификация оптических устройств и систем по принципу действия и по назначению. Энергетические параметры оптического излучения. Спектральные параметры оптического излучения. Описание плоской волны. Направляющие косинусы. Определение отражательной и пропускательной способности. Энергия отражённой волны. Энергия преломленной волны. Отражательная способность границы сред. Пропускательная способность.
4.2. Функциональные узлы оптоволоконных устройств и систем. (4ч.)
Структура оптоволоконного канала передачи данных. Источники излучения. Полупроводниковые светодиоды. Полупроводниковые лазеры. Приемники оптического излучения. Фотодиоды. - p-i-n фотодиоды. Лавинные фотодиоды. Фотовольтаический режим фотодиода. Уменьшение отраженной мощности. Вероятность ошибки при приеме оптических сигналов. Отношение сигнал/шум. Функция ошибки. Волоконные световоды со ступенчатым скачком показателя преломления. Градиентные волоконные световоды. Числовая апертура. Одномодовые волоконные световоды. Многомодовые волоконные световоды. Оптический путь. Уширение импульса. Синусоидальная траектория луча. Селфоки. Поглощение энергии в волоконных световодах. Погонное затухание. Параметры оптического ответвителя. Коэффициент ответвления. Коэффициент направленного действия. Коэффициент потерь. Оптические соединители. Последовательное соединение оптических ответвителей.
4.3. Волоконно-оптические каналы передачи данных. Мультиплексирование оптической информации. (4ч.)
Структура двухабанентного волоконно-оптического канала передачи данных. Уравнение баланса оптической мощности. Минимально детектируемая оптическая мощность. Многоабонетные волоконно-оптические каналы передачи данных. Многоабонентные каналы на основе двунаправленных ответвителей. Х-образные ответвители. Т-образный ответвитель. Активное временное уплотнение каналов. Мультиплексирование источников излучения. Пассивное временное мультиплексирование. Спектральное мультиплексирование.
4.4. Оптические датчики. (4ч.)
Структура оптического датчика. Оптический модулятор. Оптические датчики на основе интерферометра Фабри-Перо. Поляризационные датчики с вращением плоскости поляризации. Датчики на основе двойного лучепреломления. Состояние поляризации. Круговая поляризация. Параметры оптической среды. Оптическая длина. Показатель преломления. Коэффициент поглощения. Параметры оптической волны. Датчики с переменным пропусканием или отражением. Коэффициент поглощения. Идентификация газов. Кодирующие маски. Измерение линейного и углового перемещения. Датчики с генерацией оптического излучения нагретым телом. Смещение спектрального максимума излучения. Датчики с нарушением полного внутреннего отражения. Идентификация внешних сред. Датчики с оптическим туннельным эффектом. Расчет отражательной способности двух границ. Измерение давления, силы, ускорения. Датчики на основе интерферометра Маха-Цандера. Делители оптического излучения. Погрешность интерферометрического датчика.
5.1. Итоговый контроль (2ч.)
Перечень практических занятий
Номер темы (раздела) | Наименование практического занятия |
1.1 | Электронные приборы. (2ч.) |
1.2 | Анализ простейших аналоговых устройств с электронными приборами. (2ч.) |
1.3 | Основы усиления сигналов. (2ч.) |
2.1 | Аналоговые электронные приборы и устройства. (2ч.) |
2.2 | Логические элементы. Комбинационные устройства. (2ч.) |
2.3 | Триггеры. Последовательностные и запоминающие устройства. (2ч.) |
2.4 | Устройства сопряжения аналоговых и цифровых устройств. (2ч.) |
2.5 | Основы построения микропроцессорных устройств. (4ч.) |
3.1 | Структура, классификация и параметры сенсоров. (2ч.) |
3.2 | Резистивные сенсоры и тензопреобразователи (2ч.) |
3.3 | Емкостные и индуктивные сенсоры. (2ч.) |
3.4 | Пьезоэлектрические и пьезорезонансные датчики. (2ч.) |
3.5 | Микроэлектромеханические датчики угловой скорости. (2ч.) |
4.2 | Функциональные узлы оптоволоконных устройств и систем. (2ч.) |
4.3 | Волоконно-оптические каналы передачи данных. Мультиплексирование оптической информации. (2ч.) |
4.4 | Оптические датчики. (2ч.) |
5.1 | Итоговый контроль (2ч.) |
4. Материально-технические условия реализации программы
Лекционные занятия проводятся в аудиториях, оснащенных компьютером, мультимедийным проектором и экраном.
Практические занятия со слушателями проводятся в специализированном классе, оборудованном компьютерами с предустановленным лицензионным и специализированным программным обеспечением.
Учебно-методическое обеспечение программы
1. , , Шеленков устройства систем управления летательных аппаратов: Учебное пособие. –М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2011. –200 с.
2. Аналоговая и цифровая электроника: Учебник для вузов. Под ред. – М.: Горячая линия – Телеком, 2003. – 768 с.
3. , Панков : Учебник для вузов. – 2-е изд.- М.: Высш. шк., 2005 - 288 с.
4. , Савёлов : Учеб. пособие. – Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2001. – 448 с.
5. Угрюмов схемотехника. Учеб. пособие. 2-е изд.-СПб: БХВ-Петербург, 2004. -800 с.
6. Аналоговая и цифровая электроника: Учебник для вузов. Под ред. – М.: Горячая линия – Телеком, 2003. – 768 с.
7. скусство схемотехники. Пер с. Англ., М.:Мир, 2001 -830 с.
8. Современные датчики: справочник. Фрайден Дж.; пер. с англ. под ред. – а) М.: Техносфера,2005 г. – 588 с.,2 экз.; б) 2006 г.
9. , , Шеленков технологии: Учебное пособие. –М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2013. –92 с.
10. Датчики в современных измерениях. – М.: Радио и связь: Горячая линия, 2006 г. – 96 с.
11. Пьезоэлектрические датчики. , , - М.: Техносфера,2006 г. – 628 с.
12. Новейшие датчики: учебник. ; пер. с англ. Под ред. – а) М.: Техносфера, 2007 г. – 380 с., 6 экз.; б) уч.-монография, 2-е издание, доп.,2008г. – 397 с.
13. Расчет динамических погрешностей интеллектуальных измерительных систем. – М.: Физматлит, 2008 г. – 283 с.
14. Скляров -оптические сети и системы связи: Учебное пособие 2-е издание. СПб. Изд. «Лань» 2010 – 272 с.
15. Волоконно-оптические линии связи. Учебное пособие Таганрог, Издательство ТРТУ 2006 – 170 с.
16. (Ред.) Прикладная оптика: Учебное пособие для вузов Изд.3 СПб. Изд. «Лань» 2009 - 320 с.
17. , , Кузичев оптических систем. Изд.4 СПб. Изд. «Лань» 2008 - 448 с.
18. налоговая электроника. Схемы, системы, обработка сигнала. – М.: Техносфера, 2005. – 360 с.
19. Абрамов элементы устройств автоматического управления: Схемы, расчет, справочные данные. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. – 680 с.
Оценка качества освоения программы
Контроль качества освоения программы осуществляется в виде собеседования по тематике прослушанного курса. Аттестованным считается слушатель, показавший в процессе собеседования понимание основных положений курса.
Составители программы
Зам. зав. кафедрой № 000, профессор
Приложение А
к программе повышения квалификации
«Микроэлектронные устройства и преобразователи систем управления и контроля»
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
Темы для собеседования по разделу №1
«Физические основы микроэлектроники»
Выпрямительный диод, модель, характеристики, параметры. Стабилитроны, туннельные диоды. Светодиоды, фотодиоды, модель, характеристики. Биполярные транзисторы, математическая модель, характеристики. Параметры биполярного транзистора. Тиристоры, структура, характеристики, параметры. Полевой транзистор с управляющим р-п-переходом. МДП-транзисторы. Источники и приемники оптического излучения. Кординатно-чувствительные приемники излучения. Оптроны, характеристики, параметры. Волоконные световоды. Ключевой режим работы биполярного транзистора. Методы составления эквивалентных схем. Классификация режимов работы усилительного каскада. Методы анализа на примере цепи с биполярным транзистором. Схема смещения фиксированным током базы, расчет цепи смещения. Усилитель переменного тока. Эмиттерный повторитель. Дифференциальный усилительный каскад.
Темы для собеседования по разделу №2
«Электроника»
Операционный усилитель. Характеристики и параметры. Обратные связи. Погрешности ОУ Функциональные узлы на основе ОУ с ООС. Функциональные узлы на основе ОУ с ПОС. Основной набор ЛЭ. Дешифраторы, шифраторы. Мультиплексоры, демультиплексоры. Полусумматоры, сумматоры. Цифровые компараторы. Перемножающие устройства. Триггры Счетчики и регистры Запоминающие устройства и программируемые логические схемы. Цифро-аналоговые преобразователи. Аналого-цифровые преобразователи. Структура микропроцессорного устройства. Регистровая модель микропроцессора. Способы адресации и система команд микропроцессора. Организация обращений к памяти и процессов ввода/вывода. Разработка архитектуры МПУ.
Темы для собеседования по разделу №3
«Сенсорные технологии»
Структура датчика. Преобразование физических параметров. Классификация датчиков. Параметры датчиков. Резистивные датчики. Тензодатчики: принцип действия, математическая модель. Емкостные датчики: принцип действия, математическая модель, схема обработки. Индуктивные датчики: принцип действия, математическая модель, схема обработки. Пьезоэлектрические и пьезорезонансные датчики: эквивалентная схема, функция преобразования. Микроэлектромеханиеческие датчики угловой скорости.
Темы для собеседования по разделу №4
«Оптические и волоконно-оптические устройства и системы»
Фотометрические и энергетические характеристики электромагнитной волны. Расчет отражательной и пропускательной способности границы сред. Характеристики полупроводниковых излучателей. Фотоприемники: характеристики, параметры, минимально допустимая оптическая мощность. Волоконные световоды: типы и параметры. Двухабонентные волоконно-оптические линии передачи данных. Многоабонентные волоконно-оптические каналы передачи Способы мультиплексирования оптической информации. Структура оптических датчиков; типы оптических датчиков.
Приложение Б
к программе повышения квалификации
«Микроэлектронные устройства и преобразователи систем управления и контроля»
ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ
