Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего
Ивановский государственный химико-технологический университет
УТВЕРЖДАЮ .
проректор по учебной работе
проф. .
«_____»_____________2004г.
________________________
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ПО ДИСЦИПЛИНЕ:
ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКАФАКУЛЬТЕТ: Химической техники и кибернетики.
КАФЕДРА: Электротехники.
НАПРАВЛЕНИЕ: 220200 Автоматизация и управление.
СПЕЦИАЛЬНОСТИ: 220301 Автоматизация технологических процессов и производств.
Курс 2, 3. Семестр 4, 5.
Всего часов по дисциплине (трудоемкость)…..350 часов.
Аудиторные занятия…………..148 часов.
Лекции………….………………76 часов. Экзамен 4,5 семестр.
Лабораторные занятия…………46 часов. Зачет 4 семестр.
Практические занятия….……..26 часов.
Курсовая работа………………..18 часов 6 семестр.
Самостоятельная работа…....... 202 часа, в том числе:
выполнение домашних заданий и курсовой работы…..50 часов.
Иваново 2004
Рабочая программа составлена на основании требований ГОС высшего профессионального образования по направлению 220200 «Автоматизация и управление».
Рабочая программа утверждена на заседании кафедры электротехники.
"____"__________________2004 г., протокол №_____.
Заведующий кафедрой __________________ КОТОВ В. Л.
Рабочая программа рекомендована секцией общепрофессиональных дисцилин Научно-методического Совета
"_____"___________________2004 г.
Председатель секции общепрофессиональных дисциплин
_______________________ КОТОВ В. Л.
Рабочая программа рассмотрена и утверждена Научно-методическим Советом факультета № 3
"_____"_________________2004 г., протокол №_____
Председатель НМС факультета _______________________
ВВЕДЕНИЕ
ЦЕЛЬ ДИСЦИПЛИНЫ: теоретическая и практическая подготовка специалистов неэлектротехнических специальностей в области общей электротехники и электроники в такой степени, чтобы они могли выбрать необходимые электротехнические, электронные, электроизмерительные устройства, уметь их правильно эксплуатировать и составлять, совместно со специалистами электриками, технические задания на разработку электрических частей автоматизированных установок для управления производственными процессами.
СТУДЕНТ ДОЛЖЕН:
а) иметь представление:
- о принципах формирования электрических цепей. о принципах создания электронных систем. о принципах работы электронных и электроизмерительных приборов. об основных тенденциях развития элементной базы систем управления.
б) знать и уметь использовать:
- методы расчета цепей постоянного тока, однофазных и трехфазных линейных
электрических цепей синусоидального тока.
- государственную систему стандартизации, способы определения погрешности
при измерениях.
- основные принципы действия электронных и электромагнитных приборов и
устройств, применяемых в лабораториях и на производстве.
в) владеть:
- методами анализа электрических и магнитных цепей. методами измерения электрических характеристик элементов электрических
цепей;
- методами анализа и расчета простых электронных схем.
г) иметь опыт:
- выполнения и чтения электротехнических схем. поверки средств измерения и контроля, выполнения измерений параметров типовых элементов электронных устройств. расчета электрических цепей и электронных устройств с использованием пакетов специальных прикладных программ.
ОПД. Ф.04 ОПД. Ф.04. 01 | Электротехника и электроника. Общая электротехника и электроника. Понятия и законы |
2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
РАЗДЕЛЫ (темы, модули) ПРОГРАММЫ
ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
а) лекционный материал 76 часов.
4 семестр
Лекция 1. Роль электротехники и электроники в современном производстве. Значение электротехнической подготовки для инженеров-неэлектриков. Содержание и структура курса. Линейные электрические цепи постоянного тока. Основные понятия и определения. Источники и приемники электрической энергии. Параметры элементов электроцепей. Схемы замещения. Режимы работы источника энергии.
Лекция 2. Методы расчета цепей постоянного тока: метод упрощения цепи, метод наложения, метод законов Кирхгофа. Метод контурных токов. Метод эквивалентного генератора. Потенциальная диаграмма. Понятие о балансе мощностей.
Лекция 3. Линейные электрические цепи синусоидального тока. Однофазные цепи. Изображение синусоидальных величин с помощью векторов. Метод векторных диаграмм. Синусоидальный ток в идеальных элементах электрической цепи. Основные соотношения, волновая и векторная диаграммы.
Лекция 4. Последовательная цепь с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью. Основные соотношения. Треугольник напряжений. Треугольник сопротивлений. Векторная диаграмма. Закон Ома. Резонанс напряжений.
Лекция 5. Параллельная цепь с активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью. Основные соотношения. Треугольник токов. Треугольник проводимостей. Векторная диаграмма. Резонанс токов. Понятие о расчете сложных цепей символическим методом.
Лекция 6. Трехфазные цепи. Основные понятия и определения. Способы соединения фаз генератора и токоприемника. Фазные и линейные величины. Классификация токоприемников. Симметричный режим трехфазной цепи. Мощность при симметричном режиме.
Лекция 7. Несимметричный режим трехфазной цепи. Несимметричная трехфазная звезда с нейтральным проводом. Мощность при несимметричном режиме. Понятие о защитном заземлении и защитном занулении.
Лекция 8. Периодические несинусоидальные токи в электрических цепях. Представление периодических несинусоидальных величин гармоническими рядами. Дискретный спектр. Основные характеристики несинусоидальных периодических токов и напряжений. Мощность периодического несинусоидального тока.
Лекция 9. Нелинейные электрические цепи постоянного и переменного тока. Общая характеристика нелинейных цепей. Нелинейные электрические цепи постоянного и переменного тока в установившемся режиме. Цепи с распределенными параметрами.
Лекция 10. Магнитные цепи. Основные величины, характеризующие магнитное поле. Магнитные материалы и их свойства. Закон полного тока. Виды магнитных цепей. Расчет неоднородной неразветвленной магнитной цепи.
Лекция 11. Физические процессы, происходящие в катушке с железным сердечником при включении на синусоидальное напряжение. Схема замещения и векторная диаграмма катушки с железом. Феррорезонансный стабилизатор напряжения.
Лекция 12. Переходные процессы в линейных электрических цепях. Причины возникновения переходных процессов. Законы коммутации. Дифференциальные уравнения электрического состояния цепей и методы их решения.
Лекция 13. Расчет переходных процессов в простейших электрических цепях классическим методом. Переходные процессы в цепи RL. Короткое замыкание цепи RL. Включение на постоянное напряжение. Переходные процессы в цепи RC. Разряд конденсатора. Заряд конденсатора (включение цепи на постоянное напряжение). Замечание о генераторах пилообразного напряжения.
Лекция 14. Переходный процесс в цепи RLC. Уравнение процесса. Включение на постоянное напряжение. Включение на синусоидальное напряжение.
Лекция 15. Расчет переходных процессов операторным методом. Сущность операторного метода. Изображения простейших функций. Операторные сопротивления и передаточные функции. Переходные процессы в нелинейных цепях. Аналитический расчет с применением кусочно-линейной аппроксимации. Понятие об устойчивости режимов в нелинейных цепях.
Лекция 16. Основные понятия и определения теории электромагнитного поля. Замечание о математическом аппарате теории поля. Уравнения электромагнитного поля в интегральной форме. Уравнения электромагнитного поля в дифференциальной форме.
Лекция 17. Электростатическое поле. Безвихревой характер электростатического поля. Определение потенциала по заданному распределению зарядов. Основная задача электростатики. Электростатическое экранирование. Электрическая емкость простых геометрических форм. Электрическое поле постоянных токов.
Лекция 18. Магнитное поле постоянных токов. Вихревой характер магнитного поля токов. Скалярный потенциал магнитного поля в области вне токов. Векторный потенциал магнитного поля токов. Переменное электромагнитное поле в диэлектрике. Переменное электромагнитное поле в проводящей среде. Явление поверхностного эффекта. Электромагнитное экранирование.
5 семестр
Лекция 19. Полупроводниковые приборы. Полупроводниковые диоды. Электропроводность полупроводников, р-п переход, прямое и обратное включение. Вольтамперная характеристика р-п перехода. Пробой р-п перехода. Структура диодов.
Лекция 20. Классификация диодов. Точечные диоды. Плоскостные диоды. Выпрямительные диоды. Импульсные диоды. Туннельные диоды. Стабилитроны. Варикапы.
Лекция 21. Транзисторы Определение и классификация транзисторов. Биполярные транзисторы Структура транзистора. Принцип работы биполярного транзистора. Схемы включения транзисторов и их свойства. Параметры транзистора как активного линейного четырехполюсника.
Лекция 22. Униполярные (полевые) транзисторы. Определение и классификация. Терминология. Принцип действия транзистора.
Тиристоры Определение и классификация. Принцип работы тиристора. Динистор. Тринистор. Симисторы. Лавинные тиристоры. Запираемые тиристоры. Тиристоры с повышенным быстродействием. Достоинства и недостатки полупроводниковых приборов.
Лекция 23. Устройства вторичного электропитания. Выпрямители. Определение и классификация выпрямителей. Однофазные выпрямители. Трехфазные выпрямители. Сглаживающие фильтры. Внешняя характеристика выпрямителя. Умножители напряжения.
Лекция 24. Стабилизаторы напряжения. Основные понятия. Параметрический стабилизатор. Компенсационные стабилизаторы. Управляемые выпрямители. Основные понятия и определения. Простейший управляемый выпрямитель. Практические схемы выпрямителей. Замечание о системах управления вентилями.
Лекция 25. Аналоговые электронные устройства. Усилители. Определение и классификация усилителей. Основные параметры и характеристики усилителя. Общие принципы работы электронных усилителей, динамические характеристики.
Лекция 26. Классы усиления электронных усилителей. Обратные связи в усилителях. Подача смещения на вход управляющего элемента. Температурная стабилизация режимов работы.
Лекция 27. Многокаскадные усилители. Усилители постоянного тока. Основные понятия и определения. Дифференциальные усилители. УПТ с преобразованием сигнала. Модуляторы Модулятор с вибропреобразователем. Модулятор с магнитным усилителем. Модулятор на МС.
Лекция 28. Операционные усилители. Преобразователи аналоговых сигналов на операционных усилителях. Активные фильтры на операционных усилителях. Устройства сравнения аналоговых сигналов (компараторы). Однопороговые и регенеративные схемы сравнения. Интегральные компараторы.
Лекция 29. Электронные генераторы. Основные понятия и определения. Условия самовозбуждения автогенераторов, LC-генераторы. Схема индуктивной трехтонки.
Лекция 30. Автогенератор на ОУ. RC-автогенераторы. RC-автогенераторы с фазовым сдвигом в цепи обратной связи. RC-автогенераторы без сдвига фазы в цепи обратной связи. Кварцевая стабилизация частоты автогенераторов.
Лекция 31. Импульсные устройства. Основные понятия и определения. Интегрирующие и дифференцирующие цепи. Схемы на пассивных элементах. Активные интегрирующие и дифференцирующие устройства. Транзисторный ключ.
Лекция 32. Триггеры. Основные понятия и определения. Симметричный триггер. Схемы запуска триггеров. Триггер с раздельным запуском «RS». Триггер со счетным запуском «Т». Несимметричный триггер (Триггер Шмитта).
Лекция 33. Мультивибраторы. Мультивибратор в автоколебательном режиме. Ждущий мультивибратор с коллекторно-базовыми связями. Генератор пилообразного напряжения.
Лекция 34. Элементы цифровой электроники. Логические элементы. Основные понятия. Элементарные логические операции и типы логических элементов. Реализация логических операций на контактных элементах, их схемные обозначения. Комбинированные логические элементы. Диодная схема логического элемента «ИЛИ». Диодная схема логического элемента «И». Схема элемента «И-НЕ» (ДТЛ). Универсальный характер логических элементов «И-НЕ», «ИЛИ-НЕ».
Лекция 35. Применение двоичных логических элементов Построение схемы на основе булева выражения в конъюнктивной нормальной форме. Пример решения логической задачи. Упрощение булевых выражений. Карты Карно. Способы упрощения логических задач путем использования специальных схем (селектор данных, мультиплексор, демультиплексор). Метод свертывания при синтезе схем с мультиплексорами. Замечание о логических уровнях.
Лекция 36. Коды. Основные понятия и определения. Десятичный и двоичный натуральный коды. Двоично-десятичный код 8421. Код с избытком 3. Код Грэя. Шестнадцатеричный код. Дополнительный код. Группировки бит. Замечание о буквенно-цифровом коде. Шифраторы, дешифраторы и семисегментные индикаторы.
Лекция 37. Узлы цифровых устройств. Триггеры. Классификация триггеров. Тактовый (синхронный) RS-триггер. D-триггер. JK-триггер. Интегральные схемы фиксаторов. Тристабильные элементы.
Лекция 38. Счетчики. Счетчик со сквозным переносом (последовательный). Асинхронный счетчик по модулю 10. Синхронные счетчики (Синхронный трехразрядный счетчик). Вычитающие счетчики. Регистры сдвига. Арифметические устройства. Двоичное сложение. Двоичное вычитание.
б). Практические занятия 18 часов
СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
4 семестр (18 часов)
№ п/п | Содержание занятий | Объем в часах | №№ недель |
1 1 | Электрические цепи постоянного тока. | 2 | 2 |
2 | Анализ простейших электрических цепей однофазного | 2 | 4 |
синусоидального тока. | |||
3 | Сложные цепи однофазного синусоидального тока. | 2 | 6 |
4 | Анализ трехфазных электрических цепей | 2 | 8 |
5 | Электрические цепи периодического несинусоидального | 2 | 10 |
тока. | 2 | 12 | |
6 | Анализ нелинейных электрических цепей. | ||
7 | Переходные процессы в линейных электрических цепях. | 2 | ]4 |
8 | Итоговая контрольная работа. | 2 | 16 |
9 | Анализ результатов контрольной работы | 2 | 18 |
5 семестр (8 часов)
Курсовая работа «Проектирование электротехнического устройства общепромышленного назначения». Выполняется по типовым заданиям на проектирование.
в) Лабораторные занятия 46 часов
ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Исследование линейной электрической цепи постоянного тока.
2. Мостовые электрические цепи.
3. Исследование последовательной электрической цепи переменного тока.
4. Исследование параллельной электрической цепи переменного тока.
5. Коэффициент мощности электрической цепи.
6. Исследование трехфазной электрической цепи.
7. Трехфазная электрическая цепь с несимметричными приемниками.
8. Анализ линейной электрической цепи при периодическом несинусоидальном токе.
9. Переходные процессы в линейной электрической цепи первого порядка.
10. Переходные процессы в линейной электрической цепи второго порядка.
11. Электромагнитное поле в ферромагнитной среде.
12. Электромагнитное поле в диэлектрике.
13. Исследование характеристик полупроводниковых диодов.
14. Характеристики и параметры транзисторов.
15. Исследование тиристора.
16. Выпрямители переменного тока на полупроводниковых диодах.
17. Исследование усилителя низкой частоты на транзисторах.
18. Исследование полупроводникового стабилизатора напряжения.
19. Исследование управляемого выпрямителя на тиристоре.
20. Исследование усилителя постоянного тока.
21. Исследование мультивибратора.
22. Исследование усилителя низкой частоты.
23. Исследование компенсационного стабилизатора напряжения.
24. Исследование логических схем и функций.
25. Комбинационные схемы средней степени интеграции, дешифраторы и
мультимпексоры.
26. Экспериментальная работа в среде Electronics Workbench.
По усмотрению преподавателя выполняются тринадцать работ из перечисленных выше.
ГРАФИК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
4 семестр (18 часов)
№ п/п | Содержание занятий | Объем в часах | №№ недель |
1 | Вводный инструктаж. Выполнение 1 лабораторной работы. | 2 | 1 |
2 | Выполнение 2 лабораторной работы, отчет по л. р. 1 . | 2 | 3 |
3 | Выполнение 3 лабораторной работы, отчет по л. р. 2. | 2 | 5 |
4 | Отчет по л. р. 3. Коллоквиум по темам 1, 2 и 3 лабораторных | 2 | 7 |
работ. | |||
5 | Выполнение 4 лабораторной работы. | 2 | 9 |
6 | Выполнение 5 лабораторной работы, отчет по л. р. 4. | 2 | 11 |
7 | Выполнение 6 лабораторной работы, отчет по л. р. 5. | 2 | 13 |
8 | Отчет по л. р. 6. Коллоквиум по темам 4, 5 и 6 лабор. работ | 2 | 15 |
9 | Контрольный опрос по темам лабораторных работ. | 2 | 17 |
5 семестр (28 часов)
№ П/П | Содержание занятий | Объем в часах | №№ недель |
1 | Вводный инструктаж Выполнение 7 лабораторной работы. | 3 | I |
2 | Выполнение 8 лабораторной работы, отчет по л. р. 7. | 3 | 3 |
3 | Выполнение 9 лабораторной работы, отчет по л. р. 8. | 3 | 5 |
4 | Выполнение 10 лабораторной работы, отчет по л. р.9. | 3 | 7 |
5 | Отчет по л. р. № 10. Коллоквиум по темам 7-10 лабораторных | ||
работ. | 3 | 9 | |
6 | Выполнение 11 лабораторной работы. | 3 | 11 |
7 | Выполнение 12 лабораторной работы, отчет по л. р. 11 . | 3 | 13 |
8 | Выполнение 13 лабораторной работы, отчет по л. р. 12. | 3 | 15 |
9 | Отчет по л. р.13. Коллоквиум по темам 11-13 лабораторных | 4 | 17 |
работ. |
г) Самостоятельная работа 177 часов.
ФОРМЫ ОТЧЕТНОСТИ
а) Домашняя расчетно-графическая работа «Расчет токов в ветвях сложной электрической цепи постоянного тока методом контурных токов, составление баланса мощностей и расчет распределения потенциалов вдоль контура», (количество и сроки выполнения) - 1 № недели - 5, семестр - 4.
б) Домашняя расчетно-графическая работа «Расчет токов в разветвленной цепи
синусоидального тока с одним источником энергии символическим методом, построение векторной диаграммы токов и напряжений, составление баланса комплексных мощностей», (количество и сроки выполнения) - 1, № недели - 8, семестр - 4.
в) Курсовая работа «Проектирование электротехнического устройства общепромышленного назначения». Выполняется по типовым заданиям на проектирование, (количество и сроки выполнения) - 1, № недели - 13, семестр - 5.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
(изданная через центральные издательства и внутривузовским способом).
Основная:
, , Шатерников . М., Энерго-атомиздат, 1987, 526 с. , , Чепурин и электроника в
экспериментах и упражнениях: В 2 т./Под общей ред. -
М.:ДОДЭКА, 1999. и др. Аналоговая и цифровая электроника (Полный курс): Учеб
ник для вузов / , , ; Под ред. О. П.
Глудкина.-М.: Горячая линия - Телеком, 2000. Основы промышленной электроники, под редакцией , М.,
Высшая школа, 1978, 336 с. сновы цифровой электроники: Пер. с англ.-М.: Мир, 1988. Методические указания по выполнению домашних расчетных заданий по электротехнике, составители , , Иваново, 1999, 28 с. Линейные электрические цепи постоянного и однофазного переменного токов.
Методические указания, составитель , ИХТИ, Иваново, 1988, 32 с. Трехфазные цепи. Методические указания, составитель , ИХТИ,
Иваново, 1989, 20 с. Полупроводниковые приборы. Методические указания по промышленной
электронике, часть 1, составитель , ИГХТА, Иваново, 1992, 35с. Устройства промышленной электроники. Методические указания по промышленной электронике, часть 2, составитель , Иваново, 2001, 56 с.
Дополнительная:
, , Мансуров схемы цифровых устройств. - М.: Радио и связь, 1990. Степаненко теории транзисторов и транзисторных схем 4-е. изд.
перераб. и доп. М., Энергия, 1977, 672 С. и др. Расчет электронных устройств на транзисторах/Бочаров
Л. Н., , - М.: Энергия, 1978.-208 С. Аналоговые интегральные микросхемы: Справочник/, Назаров
Ю. В., , -М.: Радио и связь, 1981, 160 С. и др. Основы цифровой техники/, Фромберг
Э. М., - М.: Радио и связь, 1986, 128 С. и др. Введение в микро-ЭВМ - Л. Машиностроение, 1988, 304 С. ведение в микропроцессорную технику, 1984, 334 С. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микро
схем: Справочник. В 2 т.; Под ред. , . - М.: Радио
и связь, 1988.- Т.1. - 368 С. -1.2. - 368 С. Линейные электрические цепи при постоянном токе. Методические указания
к лабораторной работе, составители , , ИГХТА, Ива
ново, 1996,14с. Последовательная цепь переменного тока Методические указания к лабораторной работе, составитель , ИХТИ, Иваново, 1985, 15с. Трехфазные нагрузочные цепи. Методические указания к лабораторной работе, составитель , ИГХТА, 1995, 20 с. Характеристики и параметры транзисторов. Методические указания к лабораторной работе, составитель , ИХТИ, Иваново, 1985, 15 с. Исследование тиристора. Методические указания к, лабораторной работе, составитель , ИХТИ, Иваново, 1980, 7 С. Исследование полупроводниковых выпрямителей. Методические указания к
лабораторной работе, составитель , ИХТИ, Иваново, 1985, 27 с. Исследование полупроводникового стабилизатора напряжения. Методические
указания к лабораторной работе, составитель , издание ИХТИ,
1980, 7 с. Исследование усилителя низкой частоты на транзисторе. Методические указания к лабораторной работе, составитель , ИХТИ, Иваново, 1982,
14. с. Исследование усилителя постоянного тока. Методические указания к лабораторной работе, составители А. Н. Фролов, , ИГХТА, Иваново,
1993, 8 с. Методические указания для практикума на Electronics Workbench каф. электротехники ИГХТУ.
