1. Цели освоения дисциплины
Целью учебной дисциплины является:
в области обучения – формирование специальных знаний, умений, навыков анализа, расчета и проектирования, а также компетенций в сфере современных высокоэффективных биотехнических аппаратов и систем;
в области воспитания – научить эффективно работать индивидуально и в команде, проявлять умения и навыки, необходимые для профессионального и личностного развития;
в области развития – подготовка студентов к дальнейшему освоению новых профессиональных знаний и умений, самообучению, непрерывному профессиональному самосовершенствованию.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Теория электрических цепей» относится к вариативной части профессионального цикла подготовки бакалавра.
Дисциплине «Теория электрических цепей» предшествует освоение дисциплин (ПРЕРЕКВИЗИТЫ): Математика1.1, Математика 2.1, Математика 3.1, Физика 2.1, Электротехника 1.3».
Содержание разделов дисциплины «Теории электрических цепей» согласовано с содержанием дисциплин, изучаемых параллельно (КОРЕКВИЗИТЫ): нет.
Для успешного освоения дисциплины студенты должны знать математические модели идеальных пассивных компонентов электрической цепи, владеть базовыми методами расчета электрических цепей постоянного и переменного тока в установившемся и переходном режимах.
3. Результаты освоения дисциплины
В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины направлено на формирование у студентов следующих компетенций (результатов обучения), в т. ч. в соответствии с ФГОС:
Таблица 1
Составляющие результатов обучения, которые будут получены
при изучении данной дисциплины
Результаты обучения (компетенции из ФГОС) | Составляющие результатов обучения | |||||
Код | Знания | Код | Умения | Код | Владение | |
Р1 (ОПК-1, ОПК-2) | У1.1 У1.2 | применять математические методы физические и химические законы для решения практических задач | В1.2 | практического применения законов физики, химии и экологии | ||
Р2 (ПК-20) | - | - | У2.1 | использовать стандартные пакеты прикладных программ для решения практических задач | - | - |
Р4 (ОПК-2, ОПК-3, ПК-19, ПК-20) | З4.1 З4.3 | методы расчета электрических и электронных цепей базовые элементы аналоговых и цифровых устройств; | У4.1 | проводить анализ и расчет линейных цепей переменного тока, анализ и расчет электрических цепей с нелинейными элементами | - | - |
В результате освоения дисциплины «Теория электрических цепей» студентом должны быть достигнуты следующие результаты:
Таблица 2
№ п/п | Результат |
РД1 | Применять знание методов получения основных характеристик и параметров пассивных электрических цепей. |
РД2 | Выполнять расчет и проектирование базовых пассивных электрических цепей с заданными характеристиками и параметрами. |
РД3 | Выполнять обработку и анализ данных, полученных при теоретических и экспериментальных исследованиях. |
4. Структура и содержание дисциплины
4.1. Содержание разделов дисциплины:
Раздел 1. Общие сведения
Представлены параметры, математические модели, схемы замещения, условные графические обозначения компонентов пассивных электрических цепей. Рассматриваются виды и параметры основных электрических сигналов, используемых в электронике.
Лабораторные работы:
1. Освоение лабораторного оборудования.
Раздел 2. Частотный анализ простейших электрических цепей с одним реактивным элементом
Рассматриваются методы получения характеристик в частотной и временной областях на примере простейших цепей с одним реактивным элементом.
Лабораторные работы:
1. Исследование пассивных RC-цепей в частотной области.
Раздел 3. Частотный анализ разветвленных электрических цепей с несколькими реактивными элементами одного характера
Рассматривается частотный анализ разветвленных электрических цепей и области их применения.
Лабораторные работы:
1. Исследование пассивных RC-цепей в частотной области.
2. Исследование последовательного и параллельного колебательного контуров.
Раздел 4. Прохождение последовательности прямоугольных импульсов через электрические цепи различного назначения
Рассматривается анализ простейших пассивных цепей во временной области и их использование для передачи импульсных сигналов.
Лабораторные работы:
1. Прохождение последовательности прямоугольных импульсов через электрические цепи различного назначения.
5. Образовательные технологии
В базовой программе данный раздел не предусмотрен.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов (СРС)
Виды и формы самостоятельной работы
Самостоятельная работа студентов включает текущую СРС и творческую проблемно-ориентированную самостоятельную работу (ТСР).
Текущая СРС направлена на углубление и закрепление знаний студента, развитие практических умений и включает:
- работа с лекционным материалом; выполнение домашних заданий, домашних контрольных работ; опережающая самостоятельная работа; изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку; подготовка к лабораторным работам, к практическим занятиям; подготовка к контрольным работам; подготовка к защите индивидуальных домашних заданий; подготовка к защите лабораторных работ; подготовка к экзамену.
Творческая самостоятельная работа включает:
- анализ индивидуального домашнего задания; поиск, анализ и презентация информации; выполнение расчетно-графической работы; формулирование выводов о проделанной работе; выступление на кафедральном, университетском, региональном и федеральном этапах Всероссийской студенческой олимпиады по электронике.
6.2. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине
В базовой программе данный пункт не предусмотрен.
6.3. Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется следующим образом:
- самоконтроль; контроль со стороны преподавателя.
Контроль самостоятельной работы студентов осуществляется посредством презентации результатов выполнения домашних контрольных и опережающих заданий, получения допуска к выполнению лабораторных работ, защиты индивидуальных домашних заданий и отчетов по выполненным лабораторным работам, подготовки ответов на контрольные вопросы к лабораторным работам. Наряду с контролем СРС со стороны преподавателя предполагается личный самоконтроль по выполнению СРС со стороны студентов.
При выполнении самостоятельной работы рекомендуется использовать материалы, размещенные на персональном сайте преподавателя:
http://portal. tpu. ru/SHARED/g/GREBENNIKOVVV
Средства текущей и промежуточной оценки
качества освоения дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины производится по результатам следующих контролирующих мероприятий:
Контролирующие мероприятия | Результаты обучения по дисциплине |
Выполнение и защита лабораторных работ | РД1, РД2, РД3 |
Выполнение и защита ИДЗ | РД1, РД3 |
Выполнение контрольных работ | РД1, РД2 |
Экзамен | РД1, РД2, РД3 |
Для оценки качества освоения дисциплины при проведении контролирующих мероприятий предусмотрены следующие средства (фонд оценочных средств):
Примеры контрольных вопросов к лабораторным работам
Приведите RC - и RL-цепи, являющиеся фильтрами верхних и нижних частот. Докажите свое утверждение. Какими свойствами цепи с конденсаторами отличаются от цепей с индуктивностями? Укорачивающая цепь RC-цепь. Определение, назначение, области применения, сфазированные диаграммы работы. Объясните с физической точки зрения, почему RC-цепь, начинающаяся с конденсатора, может выполнять функции разделительной? Физический анализ последовательного колебательного контура для случая, когда выходной сигнал снимается (по указанию преподавателя): а) с внешнего резистора; б) с конденсатора; в) с катушки индуктивности. Частотно-избирательные свойства параллельного колебательного контура. Сравнение последовательного и параллельного колебательных контуров как частотно-избирательных цепей.Темы индивидуальных домашних заданий (ИДЗ)
ИДЗ №1 «Частотный анализ пассивной электрической цепи»
Физический («качественный») анализ цепи. Построение приближенных входных и передаточных частотных характеристик. Получение аналитических зависимостей для входных и передаточных частотных характеристик. Проверка полученных выражений на предельных частотах, сравнение с результатами физического анализа. Определение характерных (в зависимости от типа схемы) параметров: максимального и граничного коэффициентов передачи, граничной(ых) или квазирезонансной частот, полосы пропускания и подавления.
ИДЗ №2 «Расчет переходных процессов в электрической цепи постоянного тока первого порядка»
Используя классический метод, рассчитать переходные процессы в схеме, если при t < 0 ключ К разомкнут, при t = 0 ключ замыкается на время t0, затем снова размыкается. Определить падения напряжения на всех резисторах схемы.
Примеры заданий для контрольных работ
Получить выражение для резонансной частоты параллельного колебательного контура. Рассчитать последовательный колебательный контур, резонансная частота которого составляла бы 10кГц, волновое сопротивление
ом, а добротность была бы не менее 100. На вход RC – цепи, начинающейся с емкости, поступает последовательность прямоугольных импульсов с параметрами: Um = 5 В; tИ = 100 мкс; Т = 300 мкс. Определить характер цепи и нарисовать диаграмму выходного напряжения, если R = 2 кОм; С = 1000 pF. Спроектировать фазирующую цепь, обеспечивающую на квазирезонансной частоте 
, если: RГ = 10 Ом; RН = 80 кОм; f0 = 10 кГц. Спроектировать неискажающую цепь, если: UВХ = 2 кВ; UВЫХ = 12 В; RГ = 50 Ом; RН = 200 кОм. Определить граничные частоты ωН, ωВ, частоту квазирезонанса ω0 и полосу пропускания полосового фильтра, построенного на элементах с параметрами: С = 2.2 nF; R = 1.8 кОм. Примеры экзаменационных билетов (промежуточный контроль)
Билет №2
Спроектировать фильтр верхних частот, если: RГ = 100 Ом; RН = 500 кОм; fГР = 2.7 кГц; СН ПАР = 40 pF. Построить из физических соображений частотные характеристики цепи.
меняется в пределах от 
пФ до 
пФ. Контур, имеющий полосу пропусканияΔfк = 10 кГц, перестраивается при этом в диапазоне частот от
МГц до 
МГц. Определить конструктивные параметры контура R, L и С. 
8. Рейтинг качества освоения дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и промежуточной аттестации обучающихся осуществляется в соответствии с «Положение о проведении текущего оценивания и промежуточной аттестации в ТПУ» в действующей редакции.
В соответствии с «Календарным планом изучения дисциплины»:
- текущая аттестация (оценка усвоения теоретического материала (ответы на вопросы и др.) и результаты практической деятельности (решение задач, выполнение заданий и др.) производится в течение семестра (оценивается в баллах – максимально 60 баллов), к моменту завершения семестра студент должен набрать не менее 33 баллов); промежуточная аттестация (экзамен, зачет) производится в конце семестра (оценивается в баллах – максимально 40 баллов), на экзамене (зачете) студент должен набрать не менее 22 баллов).
Итоговый рейтинг по дисциплине определяется суммированием баллов, полученных в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература
Основы теории цепей: учебник для бакалавров. — 7-е изд., перераб. и доп. — Москва: Юрайт, 2013. — 697 с. , Методы и средства экспериментального исследования электрических цепей и сигналов [Электронный ресурс] : учебное пособие. — Томск: Изд-во ТПУ, 2013. — Заглавие с титульного экрана. — Доступ из корпоративной сети ТПУ: http://www. lib. tpu. ru/fulltext2/m/2014/m098.pdf.Дополнительная литература
и др. Основы теории электрических цепей и электроники: Учебник для вузов. М.: Радио и связь, 1989.– 528 с. Теория электрических цепей. Учебник для техникумов.– : Радио и связь, 1989.– 465 с. , Основы электротехники и электротехнические устройства радиоэлектронной аппаратуры. Учеб. пособие для вузов. М., Высш. школа, 1977.– 312 с. Теория электрических цепей. Задачник: учеб. пособие для техникумов.– М.: Радио и связь, 1994.– 360 с. Импульсные устройства: учебное пособие для вузов.– 3-е изд., перераб. и доп.– М.: Высш. школа, 1989.– 526 с.: ил. Техническое описание приборов, используемых при выполнении лабораторных работ на кафедре промышленной и медицинской электроники. Программы лабораторных работ по дисциплинам «Теория электрических цепей», «Электромеханика», «Электроника». Методическое пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2003. – 100 с. , Теория радиотехнических цепей. 2-е изд., перераб. и доп.– Л., «Энергия», 1972.– 816 с.: ил.9.3. Internet-ресурсы:
http://portal. tpu. ru/SHARED/g/GREBENNIKOVVV – персональный сайт преподавателя
http://www. lib. tpu. ru/fulltext2/m/2014/FN/fn-28.pdf, http://www. lib. tpu. ru/fulltext2/m/2014/FN/fn-29.pdf – Основы теории цепей [Электронный ресурс] : учебник для бакалавров— 7-е изд., перераб. и доп..— Москва: Юрайт, 2013.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Лекции читаются с использованием мультимедийного оборудования. Лабораторные работы выполняются в специализированной лаборатории кафедры промышленной и медицинской электроники ИНК – ауд. № 000 корпуса 16-в ТПУ общей площадью 76,5 кв. м. Помещение оборудовано 9-ю рабочими местами, в состав каждого из которых входит:
№ п/п | Наименование (компьютерные классы, учебные лаборатории, оборудование) | Корпус, ауд., количество установок |
1. | Универсальное наборное поле | 325-16В, 6 шт. |
2. | Двухканальный осциллограф GOS620 | 325-16В, 6 шт. |
3. | Генератор синусоидального сигнала Г3-109 | 325-16В, 6 шт. |
4. | Генератор прямоугольного сигнала Г5-54 | 325-16В, 6 шт. |
5. | Универсальный цифровой вольтметр В7-22А | 325-16В, 6 шт. |
6. | Универсальный источник питания | 325-16В, 6 шт. |
7. | Наборы соединительных проводников и модулей с расположенными на них радиоэлектронными компонентами | 325-16В, 6 шт. (на каждую работу) |
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению 12.03.04 Биотехнические системы и технологии и профилю подготовки «Биотехнические и медицинские аппараты и системы».
Программа одобрена на заседании кафедры промышленной и медицинской электроники Института неразрушающего контроля (протокол № 03.16 от «05» февраля 2016 г.)
Автор | доцент кафедры ПМЭ ИНК |
Рецензент | Доцент кафедры ПМЭ ИНК |
