10

Министерство образования Российской Федерации

Московский государственный технический университет

им. Н.Э.Баумана____________________________

”Утверждаю”

Первый проректор –

проректор по учебной работе

МГТУ им. Н.Э. Баумана

___________________Е.Г.Юдин

”____”_______________2003г.

Программа дисциплины

”Электроника и микропроцессорная техника”

(часть 1)

для студентов - факультета БМТ

- специальности: 19.05.00 (БМТ1)

19.06.00 (БМТ2)

Объем видов учебных работ в часах:

Всего 5 сем. 6 сем. 7 сем.

17 нед. 17 нед. 17 нед.

Выделено на дисциплину 272 136 85 51

Аудиторная работа 153 102 51 51

Лекции 85 51 34 -

Практические занятия в классах ЭВМ 34 34 - -

Лабораторные занятия 34 17 17 -

Самостоятельная работа 119 34 34 51

Домашнее задание - - - -

Курсовая работа 51 - - 51

Курсовой проект - - - -

Самостоятельная проработка курса и

подготовка к контрольным мероприятиям 68 34 34 -

Рубежный контроль №1 (6)

Рубежный контроль №2 (11)

Рубежный контроль №3 (15)

Рубежный контроль №4 (6)

Рубежный контроль №5 (14) -

Зачеты зач зач зач зач

Экзамены экз экз - -

В скобках указаны недели выполнения работ по учебному графику.

Факультет

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА И ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНИКА

Кафедра

РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА

РАЗДЕЛ 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Дисциплина ”Основы электроники” является одной из основных общефакультетских дисциплин в подготовке инженеров по специальности “Электронно-медицинские приборы” и ”Медико-технические информационные технологии”).

Основные цели преподавания дисциплины – получение студентами знаний и навыков, необходимых для проектирования и эксплуатации электронно-медицинской аппаратуры.

Задачи дисциплины – формирование умений и навыков по следующим направлениям:

• ориентация в основных характеристиках и параметрах электронных приборов и устройств;

• выбор элементной базы и выполнение расчетов узлов электронной аппаратуры;

• проведение экспериментальных исследований характеристик электронных устройств;

• моделирование узлов электронных устройств на ПЭВМ.

В процессе изучения дисциплины ”Основы электроники” студенты должны получить знания по следующему кругу вопросов:

• современные электронные приборы и микроэлектронные элементы;

• физические принципы работы электронных устройств;

• теория и методы расчета электронных схем.

Студент должен приобрести умения в следующих направлениях:

• чтение и выполнение функциональных и принципиальных схем в соответствии с ГОСТами и ЕСКД;

• составление структурной и принципиальной схемы устройства для заданного преобразования сигнала (усиления, генерирования, нелинейного преобразования);

• выполнение расчетов с помощью ПЭВМ;

• проведение экспериментальных исследований характеристик и параметров электронных устройств;

• проведение моделирования разрабатываемых устройств с помощью программ схемотехнического моделирования на ПЭВМ.

Изучение дисциплины ”Основы электроники” базируется на материале, излагаемом в дисциплинах ”Высшая математика”, ”Химия”, ”Физика”, ”Теоретические основы электротехники”.

РАЗДЕЛ 2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Аудиторная работа - 153 часов.

2.1. Лекции - 85 часа,

5 семестр

Аудиторная работа - 102 часов.

Лекции - 51 часов.

2.1.1. Введение (1 час)

Предмет и содержание курса. Краткий обзор развития электроники. Области применения электронных устройств в медицинской технике.

2.1.2. Электронные приборы (15 часов)

2.1.2.1.Общие сведения об электронных приборах. (1 час)

Физические принципы работы электронных приборов, их классификация. Основные понятия о режимах и параметрах электронных приборов. Направления развития элементной базы электронной техники.

2.1.2.2. Полупроводниковые приборы (11 часов)

Физика электропроводимости полупроводников, типы полупроводников, токи в полупроводниках. Структура p-n перехода, основные физические процессы в p-n переходе. Вольтамперная характеристика. Инерционные свойства p-n перехода. Отличие реальной характеристики от идеальной. Влияние температуры на характеристики. Дифференциальные параметры. Схемы замещения. Контакт металл-полупроводник. Структура металл-диэлектрик-полупроводник.

Полупроводниковые диоды. Общие сведения. Разновидности и классификация полупроводниковых диодов: выпрямительные диоды, импульсные, стабилитроны, варикапы, диоды Шоттки. Основные характеристики и параметры диодов, области применения.

Биполярные транзисторы. Структура и принцип работы. Схемы включения и статические вольтамперные характеристики. Малосигнальные параметры транзистора и их зависимость от режима работы и температуры. Частотные свойства транзисторов. Дрейфовые транзисторы. Схемы замещения транзистора. Модель Эберса-Молла транзистора. Составные транзисторы. Работа транзистора в ключевом режиме. Классификация транзисторов.

Полевые транзисторы. Полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы). Структура, принцип работы, статические вольтамперные характеристики МДП-транзисторов и их параметры. МДП-транзистор в ключевом режиме. Полевой транзистор с управляющим переходом металл-полупроводник и p-n переходом. Схемы замещения полевых транзисторов. Полевой транзистор в ключевом режиме. Классификация транзисторов.

Приборы с зарядовой связью (ПЗС). Структура, принцип работы, основные характеристики, области применения.

Тиристоры. Структура и принцип работы. Вольтамперная характеристика и параметры тиристора. Импульсные свойства. Разновидности тиристоров и их классификация.

Оптоэлектронные приборы. Светоизлучающие полупроводниковые приборы. Механизм оптического излучения в полупроводниках. Светоизлучающие диоды (светодиоды), характеристики и параметры. Фотоприемные полупроводниковые приборы. Внутренний фотоэффект в полупроводниках. Типы фотоприемников (фоторезисторы, фотоэлементы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры), параметры и характеристики. Оптоэлектронные пары.

2.1.2.3. Электровакуумные приборы и индикаторы. (2 часа).

Основы эмиссионной электроники. Электронно-управляемые лампы: типы, их устройство, основные вольтамперные характеристики и параметры.

Электронно-лучевые приборы. Классификация, устройство и принцип действия. Электронный прожектор. Электростатическая и магнитная фокусировка. Отклоняющие системы. Экраны электронно-лучевых трубок.

Электровакуумные и электролюминесцентные индикаторы. Жидкокристаллические индикаторы.

Рубежный контроль по разделам 2.1.1, 2.1.2.1 – 2.1.2.3. (1 час)

2.1.3. Усиление электрических сигналов (35 часа).

2.1.3.1.Общие сведения об усилителях (2 часа).

Классификация усилителей. Структурные схемы усилителей. Основные параметры и характеристики.

2.1.3.2.Обратная связь в усилителях (2 часа).

Определение обратной связи. Разновидности обратной связи. Влияние обратной связи на параметры и характеристики усилителя. Частотно-зависимая обратная связь. Устойчивость усилителя, охваченного обратной связью.

2.1.3.3. Основные принципы построения усилительных схем (2 часа).

Классы усиления и схемы включения активных элементов. Статический режим работы усилительного каскада: цепи питания активных элементов, схемы термостабилизации, фильтры и развязывающие цепи, межкаскадные связи.

2.1.3.4. Каскады предварительного усиления (9 часов).

Электрические и эквивалентные схемы, параметры и характеристики резистивных усилительных каскадов на биполярных и полевых транзисторах. Частотные и переходные характеристики каскадов с резистивно-емкостной связью. Цепи коррекции широкополосных и импульсных усилителей.

Усилители постоянного тока. Дрейф нуля. Дифференциальные усилительные каскады. Генераторы стабильного тока. Усилительные каскады с динамической нагрузкой (токовое зеркало). Каскоды.

Усилительные каскады в интегральном исполнении, типовые схемы их включения.

Рубежный контроль по разделам 2.1.3.1– 2.1.3.4 (1 час)

2.1.3.5. Операционные усилители и линейные преобразователи электрических сигналов (9 часов).

Структурная схема операционного усилителя (ОУ), параметры и характеристики. Элементы схемных решений. Схемы замещения. Частотная коррекция ОУ. Классификация ОУ.

Преобразователи электрических сигналов на ОУ: инвертирующий и неинвертирующий усилительные каскады; дифференциальный усилитель; суммирующие и вычитающие устройства; интегрирующий и дифференцирующий усилители; преобразователи напряжение-ток и ток напряжение; конвертор импеданса и гиратор; логарифмирующая и антилогарифмирующая схемы; умножители. Параметры и характеристики преобразователей, погрешности преобразования.

Рубежный контроль по разделу 2.1.3.5 (1 час)

2.1.3.6. Выходные каскады усилителей (5 часов).

Особенности работы и анализа. Однотактные выходные каскады. Двухтактные выходные каскады. Выходные каскады усилителей класса D. Выходные каскады в интегральном исполнении.

2.1.3.7. Специальные типы усилителей (4 часа).

Усилители постоянного тока с преобразованием сигнала (модуляция-демодуляция). Усилители с гальванической развязкой между каскадами. Широкополосные двухканальные усилители постоянного тока.

6 семестр

Аудиторная работа - 51 час.

Лекции - 34 часа.

2.1.5. Генерирование электрических сигналов (17 часов).

2.1.5.1. Общие сведения о генераторах (1 час).

Генераторы с внешним возбуждением и автогенераторы. Структурная схема автогенератора, принцип работы. Условия самовозбуждения и стационарного режима.

2.1.5.2. Генераторы гармонических сигналов (7 часа)

LC-автогенераторы. Схемы автогенераторов и методы их анализа. Мягкий и жесткий режимы самовозбуждения. Трехточечные схемы LC-автогенераторов. Стабилизация частоты колебаний автогенератора. Кварцевые генераторы.

RC-генераторы на операционных усилителях. Автогенераторы с мостом Вина-Робинсона и фазосдвигающей цепью лестничного типа. Стабилизация частоты генерации и снижение нелинейных искажений.

Рубежный контроль по разд.2.1.4.1 - 2.1.5.2 (1 час)

2.1.5.3. Генераторы импульсных сигналов. (8 часов).

Компараторы и аналоговые ключи. Генератор прямоугольных импульсов на ОУ в автоколебательном и ждущем режиме. Триггер Шмитта. Генераторы пилообразного напряжения. Таймер как универсальная субсистема импульсной техники. Счетный таймер и синтезатор частот – аналого-цифровые СБИС. Функциональные генераторы и их структурные схемы. Преобразователи напряжение-частота.

2.1.6. Нелинейные преобразования электрических сигналов (9 часов).

2.1.6.1. Модуляторы электрических сигналов (5 часа).

Виды модулированных колебаний и их спектры. «Идеальный» перемножитель – основа нелинейных преобразований. Амплитудный модулятор. Балансный модулятор. Однополосная АМ. Частотный и фазовый модулятор. Широтно-импульсный модулятор.

2.1.6.2. Демодуляторы электрических сигналов (3 часа).

Детектирование модулируемых колебаний в нелинейных и параметрических цепях. Параметры и характеристики детекторов. Амплитудный детектор. Синхронное детектирование. Ограничители и пиковые детекторы. Детектирования ЧМ-колебаний. Детектирование ФМ-колебаний.

Рубежный контроль по разд.2.1.5.3 - 2.1.6.2 (1 час)

2.1.7. Вторичные источники питания электронной аппаратуры (8 часов)

2.1.7.1. Вторичные источники питания с трансформаторным входом (3 часа).

Обобщенная структурная схема, основные параметры и характеристики источников питания. Выпрямители. Сглаживающие фильтры. Линейные стабилизаторы напряжения.

2.1.7.2. Импульсные источники питания (5 часа).

Структурная схема и принцип работы. Преобразователи напряжения. Импульсные стабилизаторы напряжения и инверторы. Интегральные схемы управления в импульсных источниках питания.

2.2. Практические занятия - 68 часов.

5 семестр (51 час)

2.2.1. Практические занятия в классах ЭВМ - 34 часа

1. MathCad для расчета схем линейных и нелинейных электрических цепей. Анализ частотных и переходных характеристик (2 часа).

2. Техника проведения экспериментальных исследований электронных приборов и устройств. Обработка экспериментальных результатов с помощью пакета MathCad (2 часа).

3. Анализ электрических цепей с помощью пакета Micro-Cap 7. Расчет передаточных, частотных и переходных характеристик (2 часа).

4. Моделирование статических ВАХ полупроводниковых диодов и биполярных транзисторов. Определение параметров и их зависимости от режима работы (2 часа).

5. Моделирование статических ВАХ полевых транзисторов. Определение параметров и их зависимости от режима работы (2 часа).

6. Расчет ключевых схем на транзисторах. Моделирование переходных процессов (2 часа).

7. Усиление. Расчет статического режима усилительного каскада на биполярных транзисторах. Моделирование статического режима (2 часа).

8. Усиление. Расчет статического режима усилительного каскада на полевых транзисторах. Моделирование статического режима (2 часа).

9. Усиление. Расчет частотных характеристик усилительных каскадов по схемам ОЭ и ОК. Моделирование частотных характеристик (2 часа).

10. Усиление. Расчет амплитудных характеристик усилительных каскадов по схемам ОЭ и ОК. Моделирование амплитудных характеристик (2 часа).

11. Усиление. Расчет частотных характеристик усилительных каскадов по схемам ОИ и ОС. Моделирование частотных характеристик (2 часа).

12. Усиление. Расчет амплитудных характеристик усилительных каскадов по схемам ОИ и ОС. Моделирование амплитудных характеристик (2 часа).

13. Усиление. Расчет параметров и характеристик усилительного каскада на ОУ. Моделирование частотной и амплитудной характеристик (2 часа).

14. Преобразование. Расчет характеристик интегратора на ОУ. Моделирование процессов интегрирования (2 часа).

15. Преобразование. Расчет параметров и характеристик логарифмирующего и антилогарифмирующего каскадов на ОУ. Моделирование их работы (2 часа).

16. Усиление. Расчет двухтактных оконечных каскадов. Моделирование их характеристик (2 часа).

17. Усиление. Моделирование работы усилителе постоянного тока с модуляцией – демодуляцией сигнала (2 часа).

2.2.3.. Лабораторные работы - 17 часов.

1. Исследование вольтамперных характеристик и параметров полупроводниковых транзисторов (4 часа).

2. Исследование характеристик и параметров усилительного каскада на транзисторе (4 часа).

3. Исследование характеристик и параметров дифференциального усилительного каскада (5 часов).

4. Исследование характеристик и параметров усилительного каскада на ОУ (4 часа).

6 семестр

2.2.4. Лабораторные работы – 17 часов

1. Исследование параметров и характеристик генератора гармонических сигналов (4 часа).

2. Исследование параметров и характеристик импульсного генератора (4 часа).

3. Исследование параметров и характеристик нелинейного преобразователя сигналов (4 часов).

4. Исследование работы импульсного стабилизатора напряжения (5 часов).

2.3. Самостоятельная работа студентов - 119 часов.