ПУД_Схемотехника_ЭВМ_специалистыx

Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины "Схемотехника ЭВМ" для специальности 230101.65 "Вычислительные
машины, комплексы, системы и сети"
Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"
Московский институт электроники и математики Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики»
Факультет информационных технологий и вычислительной техники
Программа дисциплины
Схемотехника ЭВМ
для специальности 230101.65 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети».
Автор программы: Сафонов Сергей Николаевич, [email protected]
Одобрена на заседании кафедры "Информационнокоммуникационные технологий"
Зав. кафедрой ____________________В.Н. Азаров
Утверждена УС МИЭМ НИУ ВШЭ
Ученый секретарь ________________ В.П. Симонов
«___»____________ 20
г.
«___»_____________20
г.
Москва, 2012
Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы.
1
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины "Схемотехника ЭВМ" для специальности 230101.65 "Вычислительные
машины, комплексы, системы и сети"
1
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 654600 "Информатика и вычислительная техника" / специальности 230101.65 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», обучающихся по специализациям "Сетевые технологии" и "Компьютерные мультисреды" изучающих дисциплину "Схемотехника ЭВМ".
Программа разработана в соответствии с:
 Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 654600
№224тех/дс от 27 марта 2000 года;
 Образовательной программой специальности 230101.65 "Вычислительные машины, комплексы, системы и сети".
 Рабочим учебным планом университета по специальности 230101.65 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» специализации «Компьютерные
мультисреды» и специализации «Сетевые технологии», утвержденным в 2012г.
2
Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины "Схемотехника ЭВМ" являются: изучение студентами типовых схемотехнических решений, методов расчета и автоматизированного проектирования электронных узлов и блоков современной электронно-вычислительной аппаратуры.
3
Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
В результате изучения дисциплины студенты должны:
 Знать:
- сущность физических процессов, протекающих в электронных схемах;
- терминологию в данной предметной области;
- принцип действия типовых электронных узлов и методики их расчета;
 Уметь:
- пользоваться методами анализа и синтеза аналоговых и цифровых устройств;
- обоснованно использовать современную элементную базу;
 Иметь навыки:
- применения элементной базы ЭВМ в новых разработках;
- проектирования типовых функциональных узлов ЭВМ.
4
Место дисциплины в структуре образовательной программы
Настоящая дисциплина относится к циклу дисциплин СД (специальных) и блоку дисциплин, обеспечивающих инженерную подготовку.
Для специализаций "Сетевые технологии" и "Компьютерные мультисреды".
Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах:
 Математический анализ, Физика, Электротехника и электроника, Информатика,
Организация ЭВМ.
Для освоения учебной дисциплины, студенты должны владеть следующими знаниями:
 Дифференциальное и интегральное исчисления, линейная алгебра и аналитическая геометрия.
2
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины "Схемотехника ЭВМ" для специальности 230101.65 "Вычислительные
машины, комплексы, системы и сети"

Электричество и магнетизм, цепи постоянного тока, цепи переменного тока, переходные процессы
 Алгебра логики
 Организация ЭВМ
Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем при изучении следующих дисциплин:
 Интерфейсы периферийных устройств
 Микропроцессорные системы
 Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ
5
№
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
Тематический план учебной дисциплины
Название раздела
Введение в схемотехнику ЭВМ
Схемотехника транзисторных узлов
Обратная связь
Операционные усилители (ОУ)
Линейные схемы на ОУ
Аналоговые узлы математической обработки
Фильтры
Генераторы
Компараторы
АЦП и ЦАП
Совместная работа цифровых элементов в
составе узлов и устройств
Синхронизация в цифровых устройствах
Функциональные узлы комбинационного
типа
Функциональные узлы последовательностного типа
БИС и СБИС с программируемой структурой
Схемотехника запоминающих устройств
Автоматизация функциональнологического этапа проектирования цифровых узлов и устройств
Всего
часов
4
4
6
14
8
12
Аудиторные часы
ПрактиЛекции
ческие
занятия
-2
Самостоятельная
работа
2
2
6
2
4
--2
2
2
2
2
4
6
4
6
16
4
6
18
10
6
2
4
6
4
4
--4
2
6
2
2
8
4
6
20
2
6
-4
4
10
20
6
4
10
20
8
2
10
12
16
4
2
2
6
6
8
196
68
34
94
3
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины "Схемотехника ЭВМ" для специальности 230101.65 "Вычислительные
машины, комплексы, системы и сети"
6
Формы контроля знаний студентов
Тип контроля
Текущий
(неделя)
Форма
контроля
Контрольная работа
Домашнее
задание
Промежуточный
Зачет
Экзамен
Итоговый
Зачет
6.1
1 год
Параметры
1 сем 2 сем
4 нед
Устный контроль, 20 минут. Время на самостоятельную подготовку контрольной работы 8 час. Срок проведения 1 октября
4 нед Устный контроль, 20 минут. Время на самостоятельную подготовку контрольной работы 8 час. Срок проведения 15 марта.
8 нед
Письменная работа, объем 3 - 5 стр. Время на самостоятельную подготовку письменной работы 12 часов. Срок сдачи 15 ноября
8 нед Письменная работа, объем 3 - 5 стр. Время на самостоятельную подготовку письменной работы 12 часов. Срок сдачи 15 апреля
*
Зачет проводится в устной форме, 0,3 час. на студента
*
Экзамен проводится в устной форме, 0,5 час. на студента
*
Зачет проводится в устной форме, 0,3 час. на студента
Критерии оценки знаний, навыков
Текущий контроль в каждом семестре предусматривает устную контрольную работу по
лекционному материалу и письменное домашнее задание. Оценки по всем формам текущего
контроля выставляются по 10-ти балльной шкале.
В ответе на контрольной работу 1 семестра студент должен продемонстрировать знание
терминологии, функционирования базовых электронных схем. Домашнее задание 1 семестра
направлено на освоение методик исследования цифровых электронных схем. Отчет по домашнему заданию – результаты моделирования статических и динамических процессов в заданной
схеме.
В ответе на контрольной работе 2 семестра студент должен продемонстрировать знание
методов проектирования типовых аналоговых функциональных узлов. Домашнее задание 2 семестра способствует практическому освоению навыков разработки и отладки функциональных
узлов в программе электронного моделирования. Отчет по домашнему заданию представляет
результаты проектирования заданных аналоговых схем с позиций статических и динамических
режимов.
Промежуточный контроль в 1 семестре – устный зачет и устный экзамен, каждый из них
включает 2 теоретических вопроса по схемотехнике цифровых узлов ЭВМ.
Итоговый контроль во 2 семестре – зачет с оценкой по результатам защиты курсовой работы, предусматривающей разработку, отладку и демонстрацию работы цифрового или аналогового электронного узла ЭВМ с использованием программы электронного моделирования.
7
Содержание дисциплины
4
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины "Схемотехника ЭВМ" для специальности 230101.65 "Вычислительные
машины, комплексы, системы и сети"
№ темы
1
2
3
4
5
6
Наименование раздела
Введение в схемотехнику ЭВМ
Основные понятия, термины и определения. Виды сигналов. Идеальные источники тока и напряжения.
Совместная работа цифровых элементов в составе узлов и
устройств
Классификация элементной базы. Статические и динамические параметры
элементов ЭВМ. Элементная база ЭВМ: элементы ТТЛ, КМДП.
Типы выходных каскадов, согласование связей между элементами, формирователи импульсов, элементы индикации, оптоэлектронные развязки.
Схемотехника цепей питания ЭВМ. Способы подавления помех в цепях питания.
Синхронизация в цифровых устройствах
Состязания сигналов в цифровых схемах и причины их появления. Анализ цифровых схем на состязания. Устранение состязаний.
Синхронизация работы цифровых схем. Однотактные и многотактные
системы синхронизации.
Функциональные узлы комбинационного типа
Реализация булевых функций на элементах ЭВМ. Задачи анализа и синтеза схем ЭВМ. Анализ комбинационных схем.
Синтез комбинационных схем: мультиплексор, равнозначность, шифратор, дешифратор, преобразователь кодов, схемы сравнения двоичных кодов, схемы получения двоичного дополнения.
Использование мультиплексоров и дешифраторов для реализации логических функций.
Одноразрядные и многоразрядные комбинационные сумматоры. Сумматоры с ускоренным переносом.
Арифметико-логические устройства.
Функциональные узлы последовательностного типа
Методы синтеза асинхронных и синхронных последовательностных
схем.
Триггеры
Классификация. Таблица внешних переходов. Асинхронные и синхронные, двухступенчатые триггерные схемы.
RS, T, D, DV, JK – триггеры в интегральном исполнении.
Регистры
Регистры и их назначение. Регистры хранения и сдвига. Универсальные
регистры. Методы контроля работы регистров. Кольцевые распределители
на основе регистров. Кодеры и фильтры циклических кодов. Регистровая
память. Типовые интегральные схемы регистров.
Счетчики
Счетчики и их назначение. Двоичные счетчики с последовательным и параллельным переносом. Синхронные и асинхронные счетчики. Суммирующие, вычитающие и реверсивные счетчики. Счетчики по произвольному модулю пересчета. Двоично-десятичные счетчики. Делители частоты. Типовые
интегральные схемы счетчиков.
АЦП и ЦАП
Методы цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразования. ЦАП с
промежуточным преобразованием, на основе матрицы R-2R, с двоичновзвешенными резисторами. Преобразователь напряжение-частота. Интегрирующие АЦП. АЦП считывания, последовательного счета, поразрядного
5
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины "Схемотехника ЭВМ" для специальности 230101.65 "Вычислительные
машины, комплексы, системы и сети"
7
8
9
10
11
12
уравновешивания.
БИС и СБИС с программируемой структурой
Программируемые логические матрицы, программируемая матричная логика
Постоянные и программируемые постоянные запоминающие устройства.
Генерация сигналов и символов. Реализация комбинационной и последовательностной логики. ПЗУ в арифметических устройствах.
Программируемые логические матрицы и их разновидности. Синтез комбинационных и последовательностных схем на ПЛМ. Области применения
устройств программируемой логики.
Типовые интегральные схемы постоянных запоминающих устройств и
программируемых логических матриц.
Базовые матричные кристаллы, оперативно-перестраиваемые FPGA
Матричные БИС. Схемные и конструктивные особенности матричных БИС.
Структура базовых ячеек матричных БИС. Библиотеки типовых функциональных элементов для матричных БИС. Особенности проектирования схем на
основе матричных БИС.
Программируемые логические интегральные схемы. Принципы их построения и способы программирования для выполнения заданных функций.
Программируемые пользователем вентильные матрицы. Логические блоки, блоки ввода - вывода, системы межсоединений. Области применения.
Типовые интегральные схемы базовых матричных кристаллов и программируемых интегральных схем.
Схемотехника запоминающих устройств
Классификация ЗУ.
Схемотехника ячеек хранения статического и динамического типов, комплементарных структур в больших интегральных схемах. ЗУ биполярного
типа и на МДП-структурах.
Масочные, прожигаемые ПЗУ, ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием.
БИС постоянных, репрограммируемых и ассоциативных ЗУ.
Автоматизация функционально-логического этапа проектирования
цифровых узлов и устройств
Этапы и методы проектирования цифровых узлов и устройств ЭВМ.
Основы интегрированной системы автоматизированного проектирования.
Подсистемы схемотехнического проектирования (моделирование компонент, моделирование, анализ и оптимизация схем) и конструкторского
проектирования (топология схемы, металлизации). Схемотехнический анализ, логическое моделирование, верификация и разработка топологии матричных БИС. Автоматизация программирования программируемых логических ИС.
Схемотехника транзисторных узлов
Транзисторные источники тока, способы улучшения характеристик. Токовые зеркала. Классический дифференциальный усилитель, области применения, способы улучшения параметров.
Обратная связь
Параллельная и последовательная обратные связи. Частотно-зависимая и
амплитудно-зависимая обратные связи. Отрицательная обратная связь и ее
влияние на параметры усилительного каскада. Положительная обратная
связь, условия самовозбуждения.
Операционные усилители
Классификация ОУ. Идеальный операционный усилитель. Основные пара6
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины "Схемотехника ЭВМ" для специальности 230101.65 "Вычислительные
машины, комплексы, системы и сети"
13
14
15
16
17
8
метры реальных ОУ и их влияние на характеристики схемы. Типовые схемы
включения ОУ. Амплитудные и частотные характеристики каскадов на основе операционных усилителей, способы снижения нелинейных искажений.
Частотная коррекция каскадов на ОУ.
Линейные схемы на ОУ
Дифференциальные усилители на ОУ. Схемы для преобразования сигнальных токов в сигнальные напряжения на базе ОУ. Сумматоры напряжений.
Стабилизаторы напряжения.
Аналоговые узлы математической обработки
Узлы математической обработки: суммирующие и вычитающие устройства,
интегрирующие и дифференцирующие усилители. Активные ограничители,
схемы детектирования сигналов, устройства выборки-хранения.
Фильтры
Классификация фильтров. Параметры фильтров в частотной и временной
областях. Активные фильтры, области применения, достоинства и недостатки. Активные фильтры 2-го порядка на основе ИНУН. Двойной Т-образный
фильтр. Биквадратные фильтры. Фильтры на переключаемых конденсаторах.
Генераторы
Релаксационный генератор на ОУ. Генераторы гармонических колебаний,
критерий возникновения генерации, генератор на основе Т-образного моста.
Компараторы
Структура компаратора напряжений, основные параметры. Компаратор с
гистерезисом. Регистрация попадания сигнала в зону. Компаратор с «окном».
Образовательные технологии
При изучении дисциплины внимание должно уделяться решению следующих задач: теоретической подготовке и практическому применению знаний для разработки электронных
устройств ЭВМ.
Знания теории приобретаются на лекциях и практических занятиях. Для эффективного освоения теоретического материала студентам необходимо перед каждым практическим занятием
самостоятельно изучать разделы курса по конспектам и рекомендуемой литературе. Лекции читаются в традиционной форме, а также в форме презентаций, если необходимо дать обзорный
материал, большое количество иллюстраций и наглядные обобщения. Практические занятия
проводятся в интерактивной форме. Для активного участия в практических занятиях студенты
выполняют самостоятельную подготовку по заданным темам с использованием рекомендованной литературы.
7
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины "Схемотехника ЭВМ" для специальности 230101.65 "Вычислительные
машины, комплексы, системы и сети"
9
Оценочные средства для текущего контроля и аттестации студента
9.1 Тематика заданий текущего контроля
Примерные вопросы для текущего контроля - контрольной работы (4-я неделя 1 семестра)
1. Понятие об идеальном транзисторном ключе, отличие реального ключа от идеального.
2. Режим отсечки и активный режим биполярного транзистора. Потенциальные критерии.
3. Режим насыщения и инверсный режим биполярного транзистора. Потенциальные критерии.
4. Назначение цепей "0 В", "Земля", Eп, Uп.
5. Схемы транзисторных ключей. Особенности их параметров.
6. Транзисторный ключ с ОЭ. Схема, вольтамперные характеристики.
7. Токовый критерий насыщения ключа с ОЭ, степень насыщения.
8. Эквивалентная схема и остаточные параметры ключа с ОЭ в режиме отсечки.
9. Конструкция эпитаксиально-планарного транзистора.
10. Эквивалентная схема и остаточные параметры ключа с ОЭ в режиме насыщения.
11. Распределения неосновных носителей в базе транзистора в различных режимах.
12. Влияние процессов в базе транзистора на параметры выходного сигнала.
Примерные темы для текущего контроля - домашнее задание (8-я неделя 1 семестра)
Цель домашних заданий
Углубленное изучение принципа действия и способов построения базовых цифровых
схем на основе самостоятельной работы студентов. Задачи самостоятельной работы:
- изучение дополнительной литературы;
- анализ задания и возможных вариантов построения схемы;
- разработка принципиальной схемы. Составление таблиц истинности или временных
диаграмм;
- выбор микросхем;
- составление описания принципа действия схемы;
- оформление принципиальной схемы.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Электронный переключатель на 3 положения с зависимой фиксацией
Клавиатура на 4 кнопки с подавлением дребезга контактов
Схема регистрации правильной очередности 3 сигналов
Формирователь двух импульсных последовательностей, сдвинутых на четверть
периода, на D-триггерах
Схема выделения одиночного импульса из последовательности импульсов по
внешней команде, на JK-триггерах
Распределитель импульсов на 3 канала на счетчике
Распределитель импульсов на 3 канала на сдвиговом регистре
Мультиплексор 4 сигналов на 1 выход
Демультиплексор 1 сигнала на 4 выхода
Схема сравнения двух 4-разрядных чисел
Одноразрядный полный сумматор
Последовательный сумматор
8-разрядная схема контроля четности
8
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины "Схемотехника ЭВМ" для специальности 230101.65 "Вычислительные
машины, комплексы, системы и сети"
Формирователь коротких импульсов по переднему и заднему фронтам сигнала
(на цепочках элементов)
Формирователь коротких импульсов по переднему и заднему фронтам сигнала
(на одновибраторах)
3-разрядный дешифратор со стробированием (3 адресных входа, 8 выходов,
вход стробирования)
Двоичный 4-разрядный асинхронный счетчик на JK-триггерах
Двоично-десятичный асинхронный счетчик на D-триггерах
4- разрядный счетчик с перекрестными связями (счетчик Джонсона)
Буферный 8-разрядный регистр со стробированием
Сдвиговый 4 –разрядный регистр на D-триггерах
Схема отображения цифр 1 и 6 семисегментным индикатором
Схема отображения цифр 2 и 8 семисегментным индикатором
Делитель частоты на 5 на D-триггерах
Делитель частоты на 7 на JK-триггерах
Делитель частоты на 5, с выходным сигналом симметричной формы, на JKтриггерах
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
Примерные вопросы для текущего контроля - контрольной работы (4-я неделя 2 семестра)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Схема и принцип действия дифференциального каскада.
Коэффициент усиления дифференциального сигнала ОУ. Передаточная характеристика.
Упрощенная эквивалентная схема ОУ.
Коэффициент передачи синфазного сигнала ОУ. Коэффициент ослабления синфазного
сигнала.
Входное напряжение смещения ОУ.
Входной ток смещения ОУ. Уменьшение влияния входных токов.
Разность входных токов ОУ (входной ток сдвига).
Эквивалентная схема входных цепей ОУ с учетом статических погрешностей.
Амплитудная и фазовая частотные характеристики RC-цепочки.
Диаграммы Боде.
Коэффициент передачи усилителя с обратной связью. Условие устойчивости усилителя.
Эквивалентная схема усилителя с последовательной отрицательной обратной связью по
напряжению.
Эквивалентная схема усилителя с последовательной отрицательной обратной связью по
току.
Эквивалентная схема усилителя с параллельной отрицательной обратной связью по
напряжению.
Эквивалентная схема усилителя параллельной отрицательной обратной связью по току.
Инвертирующий усилитель. Схема, коэффициент усиления.
Неинвертирующий усилитель. Схема, коэффициент усиления.
Инвертирующий сумматор. Схема, коэффициент усиления.
Дифференциальный усилитель. Схема, коэффициент усиления.
Интегратор. Схема, коэффициент усиления.
Примерные темы для текущего контроля - домашнее задание (8-я неделя 2 семестра)
Цель домашних заданий
9
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины "Схемотехника ЭВМ" для специальности 230101.65 "Вычислительные
машины, комплексы, системы и сети"
Углубленное изучение принципа действия и способов построения базовых аналоговых
схем на основе самостоятельной работы студентов.
Задачи самостоятельной работы:
- изучение дополнительной литературы;
- анализ задания и возможных вариантов построения схемы;
- разработка принципиальной схемы;
- в зависимости от задания: построение амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик, расчет статического режима, расчет частот среза, расчет коэффициентов усиления;
- выбор микросхемы;
- составление описания принципа действия схемы;
- оформление принципиальной схемы.
Инвертирующий усилитель с К=10 на интегральном ОУ
Неинвертирующий усилитель с К=20 на интегральном ОУ
Дифференциальных усилитель с К=15 на интегральном ОУ
Импульсный усилитель с К=10 на интегральном ОУ
Широкополосный усилитель с К=20 и ∆f=5 МГц на интегральном ОУ
Прецизионный усилитель с К=50 на интегральном ОУ
Интегратор с fср=10 кГц на интегральном ОУ
Дифференциатор с fср=20 кГц на интегральном ОУ
Измерительный усилитель с К=100 на интегральных ОУ
Формирователь импульсов с однополярным выходом на интегральном ОУ
Формирователь импульсов с двуполярным выходом на интегральном ОУ
Прецизионный детектор на интегральном ОУ
Компаратор сигналов положительной полярности и однополярным выходом на
интегральном ОУ
Преобразователь ток-напряжение на интегральном ОУ
Преобразователь напряжение-ток на интегральном ОУ
Полосовой фильтр с fр=10 кГц на интегральном ОУ
Режекторный фильтр с fр=50 Гц на интегральном ОУ
Генератор прямоугольных двуполярных импульсов с fвых=100 Гц на интегральном ОУ
Логарифмирующий усилитель (компрессор) сигналов на интегральном ОУ
Антилогарифмирующий усилитель (экспандер) сигналов на интегральном ОУ
Усилитель повышенной мощности Pвых=1 Вт двухтактным выходом на интегральном ОУ и транзисторах
Генератор гармонических сигналов с fвых=100 Гц на интегральном ОУ
Стабилизатор постоянного тока с Iвых=1 мА на интегральном ОУ
Стабилизатор постоянного напряжения с Uвых=1 В на интегральном ОУ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
9.2 Вопросы для оценки качества освоения дисциплины
Перечень вопросов к промежуточному контролю. Зачет в 1 семестре
1
2
Понятие об идеальном транзисторном ключе. Сравнение его с реальным ключом.
Потенциальные критерии режимов отсечки и активного режима.
10
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины "Схемотехника ЭВМ" для специальности 230101.65 "Вычислительные
машины, комплексы, системы и сети"
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
Потенциальные критерии режимов насыщения и инверсного режима.
Назначение элементов ключа ОЭ.
Транзисторный ключ с ОЭ. Построение вольтамперных характеристик.
Схемы транзисторных ключей.
Эквивалентная схема и остаточные параметры ключа с ОЭ в режиме отсечки.
Эквивалентная схема и остаточные параметры ключа с ОЭ в режиме насыщения.
Какими факторами ограничивается напряжение питания транзисторного ключа сверху и
снизу?
Какие параметры элементов ключа влияют на его быстродействие?
К каким последствиям может привести повышение напряжение входного сигнала положительной и отрицательной полярности ключа на транзисторе n-p-n?
Как определить электрические режимы транзистора и амплитуду выходного сигнала
ключа ОЭ по выходным характеристикам?
Являются ли аварийными режимами холостой ход и короткое замыкание на выходе
ключа ОЭ?
Статические параметры микросхем.
Динамические параметры микросхем.
Многоэмиттерный транзистор. Схема, принцип действия.
Назначение защитных диодов на входах элемента ТТЛ.
Составной транзисторный ключ. Структурная схема. Способ увеличения быстродействия.
Составной транзисторный ключ. Принципиальная схема, назначение элементов, принцип действия.
Составной транзисторный ключ. Назначение токоограничивающего сопротивления в
коллекторной цепи, назначение диода смещения.
Корректирующая цепочка. Назначение, принцип действия.
Элемент ТТЛ с открытым коллектором. Назначение, примеры применения.
Элемент И-ИЛИ-НЕ. Схема, принцип действия.
Элемент ТТЛ с тремя состояниями выхода. Схема, принцип действия.
Виды выходов элементов ТТЛ. Активные уровни, возможность объединения.
Влияние ограничения тока базы ключа на его быстродействие.
Ключ с нелинейной обратной связью. Схема, принцип действия.
Конструкция комплементарных МДП-транзисторов.
Принцип действия n-канального транзистора с индуцированным каналом.
Схема и принцип действия ключа на p-канальном транзисторе при положительной полярности питания схемы.
Схема и принцип действия ключа на n-канальном транзисторе.
Схема и принцип действия инвертора.
Назначение и принцип действия защитной цепочки на входах МДП-микросхем.
Каким параметром транзистора определяется передаточная характеристика ключа? Вид
идеальной передаточной характеристики.
Какими параметрами элементов ключа на n-канальном транзисторе ограничивается ток
в нагрузке при высоком и низком выходных уровнях?
Требования к электрическим параметрам транзисторов в составе инвертора.
Причины низкого быстродействия простых ключей на МДП-транзисторах.
Преимущества комплементарных ключей в сравнении с простыми ключами.
Перечень вопросов к промежуточному контролю. Экзамен в 1 семестре.
1
2
Понятие об идеальном транзисторном ключе. Сравнение с реальным ключом.
Режимы работы биполярного транзистора. Потенциальные критерии.
11
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины "Схемотехника ЭВМ" для специальности 230101.65 "Вычислительные
машины, комплексы, системы и сети"
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
Схемы транзисторных ключей. Сравнение статических параметров.
Назначение цепей "0 В", "Земля", Eп, Uп.
Конструкция эпитаксиально-планарного транзистора.
Транзисторный ключ с ОЭ. Схема, принцип действия.
Токовые критерии отсечки и насыщения ключа с ОЭ.
Эквивалентная схема и остаточные параметры ключа с ОЭ в режиме отсечки.
Эквивалентная схема и остаточные параметры ключа с ОЭ в режиме насыщения.
Влияние степени насыщения транзистора на быстродействие ключа.
Составной транзисторный ключ. Схема, принцип действия.
Принцип действия многоэмиттерного транзистора.
Стандартная серия ТТЛ. Схема, назначение элементов.
Стандартная серия ТТЛ. Принцип действия, режимы работы.
Передаточная характеристика ТТЛ-элемента. Корректирующая цепочка.
Статические параметры микросхем.
Динамические параметры микросхем.
Схема и принцип действия элемента ТТЛ с открытым коллектором.
Включение элемента с открытым коллектором по схеме “Монтажное ИЛИ”.
Элемент ТТЛ с тремя состояниями выхода. Схема, принцип действия.
Применения элемента ТТЛ с тремя состояниями выхода.
Элемент ТТЛ И-ИЛИ-НЕ. Схема, принцип действия.
Ключ с нелинейной обратной связью.
Элемент ТТЛШ. Преимущества в сравнении с элементом ТТЛ.
Виды полевых транзисторов, их характеристики.
Конструкция и принцип действия n-канального МДП транзистора с индуцированным
каналом.
Конструкция комплементарных МДП-транзисторов. Сравнение с конструкцией биполярных транзисторов.
Ключи на МДП-транзисторах с индуцированным каналом.
Инвертор КМДП.
Элемент 2И-НЕ на КМДП транзисторах.
Элемент 2ИЛИ-НЕ на КМДП транзисторах.
Элемент с тремя состояниями выхода на КМДП транзисторах.
Перечень вопросов к итоговому контролю. Зачет во 2 семестре.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Схема и принцип действия дифференциального каскада.
Коэффициент усиления дифференциального сигнала ОУ. Передаточная характеристика.
Упрощенная эквивалентная схема ОУ.
Коэффициент передачи синфазного сигнала ОУ. Коэффициент ослабления синфазного
сигнала.
Входное напряжение смещения ОУ.
Входной ток смещения ОУ. Уменьшение влияния входных токов.
Разность входных токов ОУ (входной ток сдвига).
Эквивалентная схема входных цепей ОУ с учетом статических погрешностей.
Амплитудная и фазовая частотные характеристики RC-цепочки.
Диаграммы Боде.
Коэффициент передачи усилителя с обратной связью. Условие устойчивости усилителя.
Эквивалентная схема усилителя с последовательной отрицательной обратной связью по
напряжению.
Эквивалентная схема усилителя с последовательной отрицательной обратной связью по
току.
12
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины "Схемотехника ЭВМ" для специальности 230101.65 "Вычислительные
машины, комплексы, системы и сети"
14 Эквивалентная схема усилителя с параллельной отрицательной обратной связью по
напряжению.
15 Эквивалентная схема усилителя параллельной отрицательной обратной связью по току.
16 Инвертирующий усилитель. Схема, коэффициент усиления.
17 Неинвертирующий усилитель. Схема, коэффициент усиления.
18 Инвертирующий сумматор. Схема, коэффициент усиления.
19 Дифференциальный усилитель. Схема, коэффициент усиления.
20 Интегратор. Схема, коэффициент усиления.
21 Асинхронный RS-триггер с инверсным управлением.
22 Суммирующие и вычитающие счетчики.
23 Счетчики с недвоичным коэффициентом счета.
24 Асинхронные и синхронные счетчики.
25 Назначение фильтров в аппаратуре.
26 Частотнозависимые цепи. Мост Вина. Двойной Т-образный мост.
27 Виды амплитудно-частотных характеристик фильтров.
28 Преобразование частотных характеристик при включении их в обратные связи усилителей.
29 Фильтры нижних частот.
30 Передача импульсных сигналов фильтрами.
10 Порядок формирования оценок по дисциплине
Текущий и промежуточный контроль первого семестра:
 Q1дом.зад. – оценка за домашнее задание. Оценка выставляется по десятибалльной шкале при
условии сдачи задания в срок и по пятибалльной шкале в ином случае.
 Q1кон.раб – оценка по десятибалльной шкале за письменную контрольную работу.
 Q1вопрос1, Q1вопрос2 – оценки за ответ на вопросы на устном экзамене. Каждый ответ оценивается по пятибалльной шкале.
 Q1промеж. – промежуточная оценка за 1 семестр формируется по десятибалльной шкале из
оценок текущего контроля и баллов за вопросы на устном экзамене
Промежуточная оценка по дисциплине за 1 семестр рассчитывается по формуле:
Qпромеж. = 0,5*Q1дом.зад + 0,2*Q1кон.раб + 0,3*(Qвопрос1 + Qвопрос2)
Способ округления оценки: арифметический. На пересдаче студенту не предоставляется возможность получить дополнительный балл для компенсации оценки за текущий контроль.
Текущий и итоговой контроль второго семестра:




Q2дом.зад – оценка за домашнее задание. Оценка выставляется по десятибалльной шкале при
условии сдачи задания в срок и по пятибалльной шкале в ином случае.
Q2кон.раб – оценка по десятибалльной шкале за контрольную работу.
Q2кур.проект - оценка по десятибалльной шкале за курсовой проект. При защите курсового
проекта студент может получить дополнительный теоретический вопрос по курсу лекций,
ответ на который оценивается в 1 балл.
Qитоговая - итоговая оценка по дисциплине формируется по десятибалльной шкале из оценок
текущего контроля и оценки промежуточного контроля 1 семестра.
13
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины "Схемотехника ЭВМ" для специальности 230101.65 "Вычислительные
машины, комплексы, системы и сети"
Итоговая оценка Qитоговая по дисциплине рассчитывается по формуле:
Qитоговая = 0,5 *(0,3*Q2дом.зад + 0,2*Q2кон.раб + 0,5*Q2кур.проект) + 0,5*Qпромеж.
Способ округления оценки: арифметический.
11 Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
11.1 Базовый учебник
1. Титтце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. 12-е изд. Том I : Пер. с нем. - М.:
ДМК Пресс, 2008. - 832 с.: илл.
2. Титтце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. 12-е изд. Том II: Пер. с нем. - М.:
ДМК Пресс, 2008. - 942 с.: илл.
11.2 Основная литература
1. Схемотехника аналоговых электронных устройств: Учебник для вузов. – 2-е изд., испр. –
М.: Горячая линия – Телеком, 2003.
2. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. - СПб.: БХВ-Петербург, 2001.
3. Бабич Н.П. Компьютерная схемотехника. Методы построения и пректирования: Учебное
пособие / Н.П.Бабич, И.А.Жуков. – Киев: МК-Пресс, 2004. – 576 с.
11.3 Дополнительная литература
1. Новожилов О.П. Основы цифровой техники/ Учебное пособие. – М.: ИП Радио Софт,
2004. – 2004. – 528 с.
2. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых устройств./ Г.И.Волович. –
Беларусь, Минск: Издат. дом Додэка-XXI, 2005. – 528 с.
3. Основы микроэлектроники. Учебное пособие для вузов./ И.П.Степаненко. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2003. – 488 с.
11.4 Программные средства
Для успешного освоения дисциплины, студент использует следующие программные
средства:
 Специальное программное обеспечение: Система автоматизированного проектирования QUCS функциональных узлов электронно-вычислительной аппаратуры
11.5 Дистанционная поддержка дисциплины
Дистанционная поддержка дисциплины не предусмотрена.
12 Материально-техническое обеспечение дисциплины
Компьютеры для выполнения практических занятий с установленной программой схемотехнического моделирования QUCS, проектор для демонстрации презентаций, демонстрационные образцы изделий электронной техники.
Лабораторные стенды УМ-11 для исследования цифровых интегральных схем.
14