Примерный перечень практических занятий

Утверждена
Министерством образования
Республики Беларусь
« 24 » июня 2001 г.
Регистрационный № ТД - 119 / тип
I. ВЫСШАЯ МАТЕМАТИКА
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТЯМ ЭЛЕКТРОРАДИОТЕХНИКИ И ИНФОРМАТИКИ
3
Составители:
А.А. Карпук - профессор кафедры высшей математики Белорусского
государственного университета информатики и радиоэлектроники, кандидат
физико-математических наук;
Р.М. Жевняк - профессор кафедры высшей математики Белорусского
государственного университета информатики и радиоэлектроники, кандидат
физико-математических наук.
Рецензенты:
Кафедра
высшей
математики
Белорусского
государственного
экономического университета (протокол № 6 от 2 марта 2000 г.);
В.В. Амелькин - профессор кафедры дифференциальных уравнений
Белорусского государственного университета, доктор физико-математических
наук.
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой высшей математики Белорусского государственного университета
информатики и радиоэлектроники (протокол № 8 от 6 марта 2000 г.);
Советом Белорусского государственного университета
информатики и
радиоэлектроники (протокол № 4 от 23 ноября 2000 г.).
Согласована с:
Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по
образованию в области электрорадиотехники и информатики;
Главным управлением высшего и среднего специального образования;
Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса
Республиканского института высшей школы БГУ.
4
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Высшая математика» разработана для технических
специальностей высших учебных заведений следующих профилей:
электроника,
микроэлектроника
и
электронное
аппаратостроение,
радиотехника, вычислительная техника, телекоммуникационные системы.
Преподавание высшей математики в высших учебных заведениях имеет
цель:
- формирование личности студентов, развитие их интеллекта и способностей к
логическому и алгоритмическому мышлению;
- обучение основным математическим методам, необходимым для анализа и
моделирования устройств, процессов и явлений при поиске оптимальных
решений для осуществления научно-технического прогресса и выбора
наилучших способов реализации этих решений, методам обработки и анализа
результатов численных и натурных экспериментов.
Задачи преподавания высшей математики состоят в том, чтобы на
примерах математических понятий и методов продемонстрировать студентам
действие законов материалистической диалектики, сущность научного подхода,
специфику математики и ее роль в осуществлении научно-технического
прогресса. Необходимо научить студентов приемам исследования и решения
математических формализованных задач (однако лишь с простейшими
численными методами и их реализацией на ЭВМ), выработать у студентов
умение анализировать полученные результаты, привить им навыки
самостоятельного изучения литературы по математике и ее приложениям.
Математическое образование современного специалиста включает
изучение общего курса математики и специальных математических курсов
(методы оптимизации, статистический анализ, экономико-математические
методы, исследование операций и т.п.). Общий курс высшей математики
является фундаментом математического образования специалиста, но уже в
рамках этого курса должно проводиться ориентирование на приложение
математических методов в профессиональной деятельности. Преподавание
специальных разделов ориентировано главным образом на применение
математических методов к решению прикладных задач. При этом студенты
сначала знакомятся с постановкой типичной прикладной задачи, затем изучают
общий курс математических задач, к которому относится эта задача, потом –
математические методы решения задач данного класса и, наконец, изученные
методы применяют для решения исходной задачи. Выбор специальных
разделов математики, которые должны изучать студенты, осуществляется с
учетом характера их будущей профессиональной деятельности и согласуется с
выпускающими кафедрами. Все вопросы преподавания этих разделов
специальными (профилирующими) кафедрами должны быть согласованы с
кафедрой математики.
В результате изучения курса высшей математики студент должен:
5
иметь представление:
- о месте математики в системе естественных наук;
- о математике как особом способе познания мира;
- о содержании основных разделов высшей математики, отличии прикладной
математики от фундаментальной;
знать и уметь использовать:
- методы математического анализа, аналитической геометрии, линейной
алгебры, теории функций комплексного переменного и операционного
исчисления, теории поля;
- методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений;
владеть:
- методами дифференциального и интегрального исчисления;
- методами решения уравнений математической физики;
- аналитическими методами решения прикладных задач;
иметь навыки:
- аналитического и численного решения уравнений;
- качественного исследования, аналитического и численного решения
обыкновенных дифференциальных уравнений;
- самостоятельной смысловой постановки прикладных задач.
Программа определяет основное содержание тем и разделов курсов,
подлежащих изучению. Последовательность их изложения и распределения по
семестрам разрабатывается кафедрами математики исходя из задач
своевременного математического обеспечения общенаучных, общеинженерных
и специальных дисциплин и сохранения логической стройности и
завершенности самих математических курсов. При выборе цели – ознакомить
студентов с максимальным числом математических понятий и методов или
выработать у них твердые навыки исследования и решения определенного
круга задач – предпочтение следует отдать второй. При этом предполагается,
что глубокое овладение основными понятиями и методами высшей математики
позволит студентам без особого труда освоить те дополнительные разделы,
которые им понадобятся в будущем.
Программа составлена в соответствии с требованиями образовательных
стандартов и рассчитана на объем от 350 до 480 учебных часов. Примерное
распределение учебных часов по видам занятий при объеме 350 учебных часов:
лекции - 176 часов, практические занятия - 174 часа; при объеме 480 учебных
часов: лекции - 240 часов, практические занятия - 240 часов.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ
И КОНТРОЛЬ ЗА НЕЙ
Для освоения аппарата высшей математики самостоятельная работа
студентов является определяющей. Она состоит из непрерывной аудиторной и
внеаудиторной работы по выполнению текущих (на протяжении недели)
6
заданий и различных форм цикличекой работы по выполнению
индивидуальных типовых расчетов по целым разделам (темам) курса.
Цель циклических работ – развить и закрепить навыки решения
прикладных задач, ориентированных на специализацию студентов и
ознакомление с современными вычислительными средствами. Основной
формой циклического задания является типовой расчет (ТР). Данная программа
предусматривает выполнение студентами типовых расчетов по каждому
разделу курса. Каждый ТР состоит из трех частей:
- теоретические вопросы (10-12 вопросов);
- теоретические упражнения (10-12 упражнений);
- задачи и примеры (8 задач).
Теоретические вопросы и теоретические упражнения являются общими
для всех студентов, а примеры и задачи – для каждого студента
индивидуальные. Контроль за выполнением ТР проводится в два этапа:
1.) предварительная проверка правильности письменных отчетов о решении
задач и теоретических упражнений;
2.) защита ТР в письменной или устной форме. При формировании заданий по
типовым расчетам кафедра должна руководствоваться тем, что выполнение ТР
требует около 20 часов самостоятельной работы студентов. На проверку всех
типов расчетов преподавателю выделяется не менее одного часа на одного
студента в семестр.
Студенты, не выполнившие или не защитившие ТР, на основании
решения кафедры к экзамену не допускаются.
Данная программа предусматривает проведение в течение каждого
семестра двух двухчасовых контрольных работ.
Данная программа предусматривает в каждом семестре экзамен по курсу
высшей математики.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГЕОМЕТРИЯ И ЛИНЕЙНАЯ АЛГЕБРА
1.1. Векторы в пространстве и линейные операции над ними. Проекция
вектора на ось и на вектор. Линейная зависимость векторов. Базис на плоскости
и в пространстве. Декартова система координат. Радиус-вектор и координаты
точки. Понятие о векторных диаграммах. Координаты центра масс. Деление
отрезка в данном отношении.
1.2. Скалярное произведение векторов, его свойства и механический
смысл. Условие ортогональности двух векторов. Скалярное произведение в
координатной форме. Ортогональная проекция вектора.
1.3. Определители второго и третьего порядка и их свойства.
Алгебраические дополнения и миноры. Теорема Лапласа. Линейные системы
второго и третьего порядка.
7
1.4.Ориентация тройки векторов в пространстве. Векторное произведение
векторов, его свойства, геометрический и физический смысл. Понятие двойного
векторного произведения и его физический смысл. Векторное произведение в
координатной форме. Условие коллинеарности векторов.
1.5. Смешанное произведение векторов, его геометрический и
механический смысл. Условие компланарности трех векторов.
1.6. Кривая на плоскости и способы ее задания. Различные виды
уравнения прямой на плоскости. Угол между прямыми. Расстояние от точки до
прямой.
1.7. Понятие кривой второго порядка. Окружность, эллипс, парабола, их
геометрические
свойства и уравнения. Технические приложения
геометрических свойств кривых. Полярная система координат. Уравнения
кривых второго порядка в полярных координатах.
1.8. Понятия поверхности и кривой в пространстве, их параметрические
уравнения. Плоскость в пространстве и различные формы ее задания. Угол
между плоскостями. Ортогональная проекция вектора на плоскость. Расстояние
от точки до плоскости.
1.9. Прямая в пространстве, ее канонические и параметрические
уравнения. Луч, отрезок. Общее уравнение прямой. Угол между прямыми,
между прямой и плоскостью. Расстояние от точки до прямой. Расстояние
между скрещивающимися прямыми.
1.10. Поверхности второго порядка. Эллипсоиды, гиперболоиды, конусы,
цилиндры. Поверхности вращения. Цилиндрические и канонические
поверхности. Технические приложения геометрических свойств поверхностей.
1.11. Матрицы и линейные операции над ними, умножение матрицы на
вектор. Произведение матриц. Транспортирование матриц. След матрицы.
1.12. Перестановки и транспозиции. Определители n-го порядка и их
свойства. Определитель произведения матриц.
1.13. Обратная матрица и ее построение методом присоединенной
матрицы и методом Гаусса. Свойства обратных матриц.
1.14. Системы линейных уравнений, общие понятия. Матричный способ
решения линейных систем. Формулы Крамера, метод Гаусса.
1.15. Линейные пространства. Подпространство и линейная оболочка.
Линейная зависимость векторов, базис и размерность линейного пространства.
1.16. Ранг матрицы и его вычисление. Условие равенства нулю
определителя. Теорема о базисном миноре.
1.17. Произвольные системы линейных уравнений. Теорема КронекераКапелли. Однородные системы линейных уравнений. Структура общего
решения. Фундаментальная система решений. Неоднородные системы
линейных уравнений, структура общего решения.
1.18. Евклидово пространство. Неравенство Коши-Буняковского. Норма
вектора и ее свойства. Ортогональный и ортонормированный базисы. Процесс
8
ортогонализации Грамма-Шмидта. Разложение вектора по ортогональному
базису.
1.19. Понятие линейного оператора. Примеры линейных операторов.
Ядро, область значений, ранг и дефект линейного оператора. Матрица
линейного оператора в заданных базисах. Действия над линейными
операторами. Линейные операторы при моделировании различных процессов.
Обратный оператор и его свойства.
1.20. Преобразование координат вектора и матрицы линейного оператора
при переходе к новому базису. Подобные матрицы.
1.21. Линейные операторы в евклидовом пространстве. Сопряженные и
самосопряженные операторы и их матрицы. Ортогональные операторы и их
матрицы.
1.22. Собственные векторы и собственные значения матриц и их
свойства. Характеристические уравнения и многочлен матрицы. Собственные
векторы и собственные значения симметричных матриц. Теорема о полноте
собственных векторов.
1.23. Приведение матрицы к диагональному виду. Канонический вид
матрицы самосопряженного оператора.
1.24. Линейные формы. Квадратичные формы и их матрицы. Приведение
квадратичной формы к каноническому виду ортогональным преобразованием.
Знакоопределенные
квадратичные формы. Условия знакоопределенности
квадратичных форм. Применение квадратичных форм к исследованию кривых
и поверхностей второго порядка.
2. ВВЕДЕНИЕ В МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
2.1. Элементы теории множеств и математической логики. Логические
символы, операции над множествами. Необходимое и достаточное условия.
Прямая и обратная теоремы. Метод математической индукции. Бином
Ньютона.
2.2. Множество действительных чисел. Понятие функции, образ и
прообраз множества. Обратная функция. График функции. Способы задания
функции. Модуль действительного числа и его свойства. Ограниченные и
неограниченные множества. Верхняя и нижняя грани множеств. Аксиома о
верхней (нижней) грани. Окрестность точки.
2.3. Понятие числовой последовательности и ее предела. Бесконечно
большие и бесконечно малые последовательности. Свойства сходящихся
последовательностей. Монотонные последовательности и критерий их
сходимости. Число «е».
2.4. Предел функции в точке и на бесконечности. Свойства функций,
имеющих предел. Бесконечно малые и бесконечно большие функции.
Неопределенности.
9
2.5. Непрерывность функции в точке. Свойства функций, непрерывных в
точке. Односторонняя непрерывность. Точки разрыва функций и их
классификация. Непрерывность элементарных функций. Замечательные
пределы.
2.6. Сравнение функций. Символы «о» и «О». Эквивалентные функции,
их применение к вычислению пределов функций. Сравнение бесконечно малых
функций.
2.7. Теоремы Кантора и Больцано-Вейерштрасса.
2.8. Функции, непрерывные на отрезке, и их свойства: теоремы
Вейерштрасса, Коши о прохождении функции через ноль, Коши о
промежуточном значении. Непрерывность обратной функции. Равномерная
непрерывность функции на отрезке. Теорема Кантора.
3. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ ИСЧИСЛЕНИЕ
ФУНКЦИИ ОДНОЙ ПЕРЕМЕННОЙ
3.1. Производная функции, ее геометрический и физический смысл.
Односторонние производные. Уравнение касательной и нормали к кривой.
Основные правила дифференцирования. Производная сложной и обратной
функций.
Производные
элементарных
функций.
Логарифмическое
дифференцирование. Дифференцирование параметрически заданных функций.
Понятие неявной функции, и ее дифференцирование.
3.2. Дифференцируемость функций в точке. Дифференциал функции, его
геометрический смысл и применение в приближенных вычислениях. Понятие о
методах линеаризации. Инвариантность формы дифференциала.
3.3. Производные
высших
порядков.
Высшие
производные
параметрически заданных функций. Формула Лейбница. Дифференциалы
высших порядков.
3.4. Локальный экстремум функции. Теорема Ферма. Основные теоремы
дифференциального исчисления: Ролля, Коши, Лагранжа. Применение теорем.
3.5. Правило Лопиталя.
3.6. Формула Тейлора с остаточным членом в форме Пеано и Лагранжа.
Основные разложения по формуле Тейлора. Приложения формулы Тейлора.
3.7. Монотонность и экстремумы функции. Необходимое и достаточное
условия экстремума. Наибольшее и наименьшее значения функции на отрезке.
Выпуклость и точки перегиба. Достаточное условие выпуклости. Необходимое
условие перегиба. Достаточные условия перегиба. Вертикальные и наклонные
асимптоты графика функции.
3.8. Общая схема исследования функции, и ее графика.
10
4. ВЕКТОРНЫЕ И КОМПЛЕКСНЫЕ ФУНКЦИИ
СКАЛЯРНОГО АРГУМЕНТА. МНОГОЧЛЕНЫ
4.1. Вектор-функция скалярного аргумента, ее предел, непрерывность и
дифференцируемость. Годограф.
4.2. Дифференциал длины дуги кривой. Кривизна плоской кривой.
Эволюта и эвольвента кривой. Кривизна пространственной кривой. Формулы
Френе. Уравнения характеристик пространственной кривой: главные нормали,
касательной и бинормали; нормальной, соприкасающейся и спрямляющей
плоскостей.
4.3. Комплексные числа и действия над ними. Изображение комплексных
чисел на плоскости. Алгебраическая, тригонометрическая и показательная
формы комплексных чисел. Формулы Муавра и Эйлера. Извлечение корня из
комплексного числа. Свойства комплексно-сопряженных выражений.
Комплексные функции действительного переменного и их дифференцирование.
4.4. Многочлены и их делимость. Теорема Безу. Основная теорема
алгебры. Разложение многочлена на множители. Условия тождественности
двух многочленов. Признак кратности корня многочлена и функции.
4.5. Рациональные функции. Разложение рациональных функций на
сумму простейших дробей. Методы нахождения коэффициентов разложения.
4.6. Понятие об интерполяции и аппроксимации функций.
5. ФУНКЦИИ МНОГИХ ПЕРЕМЕННЫХ
5.1. Множества на плоскости и в пространстве. Связные и ограниченные
множества. Понятие функции многих переменных (ФМП). Линии и
поверхности уровня ФМП. Предел ФМП в точке, его свойства. Повторные
пределы. Непрерывность.
5.2. ФМП в точке, ее свойства.
5.3. Частные производные и дифференцируемость ФМП. Необходимое и
достаточное условия дифференцируемости. Полный дифференциал и его связь
с частными производными. Дифференцирование сложных функций.
Инвариантность формы полного дифференциала. Геометрический смысл
частной производной функции двух переменных.
5.4. Производная по направлению и ее свойства. Производная вдоль
гладкой кривой. Градиент функции и его смысл. Касательная плоскость и
нормаль к поверхности. Геометрический смысл дифференциала функции двух
переменных.
5.5. Частные производные высших порядков. Теорема о равенстве
смешанных производных. Дифференциалы высших порядков. Матрица Гессе.
Формула Тейлора для ФМП.
5.6. Понятие неявной функции, определенной одним уравнением, ее
существование и дифференцирование.
11
5.7. Понятие экстремума ФМП. Необходимое и достаточное условия
экстремума. Метод наименьших квадратов. Необходимые и достаточные
условия экстремума неявно заданных функций. Наибольшее и наименьшее
значения функции в заданной области.
5.8. Условный экстремум. Метод множителей Лагранжа.
6. ИНТЕГРАЛЬНОЕ ИСЧИСЛЕНИЕ ФУНКЦИИ ОДНОЙ
ПЕРЕМЕННОЙ
6.1. Первообразная. Неопределенный интеграл и его свойства. Таблица
основных неопределенных интегралов. Методы вычисления неопределенных
интегралов: непосредственное интегрирование, подстановкой (замена
переменной), интегрирование по частям.
6.2. Интегрирование
рациональных
функций,
некоторых
иррациональных и тригонометрических выражений.
6.3. Задачи, приводящие к понятию определенного интеграла.
Определенный интеграл и его свойства. Интегрирование кусочно-непрерывных
функций.
6.4. Интеграл
с
переменным
верхним
пределом
и
его
дифференцирование. Формула Ньютона-Лейбница.
6.5. Замена переменной и интегрирование по частям в определенном
интеграле. Интеграл от периодических, четных и нечетных функций.
Приближенные методы вычисления определенных интегралов: квадратурные
формулы прямоугольников, трапеций, Симпсона.
6.6. Геометрические приложения определенных интегралов: вычисление
площадей плоских фигур, объемов тел, длин дуг, площадей поверхностей
вращения.
6.7. Физические приложения определенных интегралов: вычисление
работы, давления, массы стержня, центра тяжести, статистических моментов и
инерции кривой.
6.8. Несобственные интегралы 1-го рода и признаки их сходимостисравнения, Абеля-Дирихле. Абсолютная и условная сходимость. Главное
значение несобственного интеграла 1-го рода.
6.9. Несобственные интегралы второго рода. Признаки сходимости.
Главное их значение.
7. ИНТЕГРАЛЫ, ЗАВИСЯЩИЕ ОТ ПАРАМЕТРА
7.1. Понятие собственного интеграла, зависящего от параметра, его
непрерывность, дифференцирование и интегрирование по параметру.
7.2. Понятие несобственного интеграла, зависящего от параметра.
Равномерная сходимость. Признак Вейерштрасса. Свойства равномерно
12
сходящихся
несобственных
интегралов,
зависящих
от
параметра:
непрерывность, дифференцируемость и интегрируемость по параметру.
7.3. Понятие несобственных интегралов от неограниченных функций,
зависящих от параметра.
7.4. Интегралы Эйлера: гамма-функция, бетта-функция и их свойства.
Применение интегралов Эйлера.
7.5. Понятие асимптотического интегрирования. Асимптотика некоторых
интегралов. Асимптотика интеграла Френеля. Асимптотическая формула
Лапласа. Формула Стирлинга.
8. ИНТЕГРАЛЬНОЕ ИСЧИСЛЕНИЕ ФУНКЦИЙ МНОГИХ
ПЕРЕМЕННЫХ. ВЕКТОРНЫЙ АНАЛИЗ
8.1. Задачи, приводящие к двойному интегралу. Определение двойного
интеграла и его свойства. Вычисление двойных интегралов в декартовой
системе координат. Изменение порядка интегрирования в двойном интеграле.
8.2. Тройной интеграл, его определение, свойства и вычисление в
декартовой системе координат.
8.3. Якобиан и его геометрический смысл. Замена переменных в двойных
интегралах. Криволинейные координаты. Двойной интеграл в полярных
системах координат. Замена переменных в тройных интегралах.
Криволинейные координаты в пространстве. Тройной интеграл в
цилиндрической и сферической системах координат.
8.4. Приложения кратных интегралов: площадь поверхности, центр
тяжести и момент инерции плоской пластинки. Центр тяжести и момент
инерции тела.
8.5. Задачи, приводящие к криволинейному интегралу 1-го рода.
Свойства и вычисление криволинейных интегралов 1-го рода.
8.6. Задачи, приводящие к криволинейному интегралу 2-го рода.
Свойства и вычисление криволинейных интегралов 2-го рода.
8.7. Независимость криволинейных интегралов от пути интегрирования.
Восстановление функции по ее полному дифференциалу. Формула Грина и ее
применение к вычислению площадей плоских фигур.
8.8. Поверхностный интеграл 1-го рода, его вычисление, свойства и
приложения. Ориентация и нормаль к поверхности. Односторонние и
двухсторонние поверхности. Поверхностный интеграл 2-го рода, его
вычисление и свойства. Формулы Остроградского и Стокса.
8.9. Скалярные и векторные поля. Векторные линии и их
дифференциальные уравнения.
8.10.Поток векторного поля через ориентированную поверхность и его
вычисление. Поток вектора через замкнутую поверхность. Дивергенция
векторного поля, ее свойства, вычисление и физический смысл.
Соленоидальные векторные поля и их свойства.
13
8.11.Циркуляция векторного поля. Ротор векторного поля, его свойства,
вычисление и физический смысл. Потенциальные поля и их свойства. Условие
потенциальности. Потенциал поля и его отыскание. Криволинейные интегралы
в потенциальном поле.
8.12.Оператор Гамильтона. Дифференциальные операции 2-го порядка.
Оператор Лапласа. Криволинейные ортогональные координаты в пространстве.
Коэффициенты Ламэ. Дифференциальные операции первого и второго порядка
в общих криволинейных, цилиндрических и сферических координатах.
9. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ И СИСТЕМЫ
9.1. Математические модели и дифференциальные уравнения (ДУ).
Основные понятия теории ДУ. ДУ 1-го порядка, задача Коши. Общее и частное
решение ДУ. Геометрическая интерпретация ДУ 1-го порядка, метод изоклин.
Решение ДУ методом последовательных приближений.
9.2. Основные классы ДУ, интегрируемых в квадратурах: с
разделяющимися переменными, однородные, линейные, Бернулли, в полных
дифференциалах. Интегрирующий множитель. Особые решения ДУ 1-го
порядка. С-дискриминантная кривая. Уравнения Клеро и Лагранжа.
9.3. Общие понятия о ДУ высших порядков. Задача Коши. Понятия о
краевых задачах для ДУ. Уравнения, допускающие понижения порядка.
Приложения ДУ высших порядков к решению физических задач.
9.4. Линейные ДУ высших порядков, общие понятия. Задача Коши.
Линейный дифференциальный оператор и его свойства. Линейные однородные
ДУ и способы их решений. Линейная зависимость и независимость систем
функций. Определитель Вронского. Условие линейной независимости решений
однородного ДУ. Структура общего решения однородного и неоднородного
линейного ДУ. Принцип суперпозиции решений. Метод вариации
произвольных постоянных. Понижение порядка линейных однородных ДУ.
9.5. Линейные однородные ДУ с постоянными коэффициентами.
Характеристическое уравнение. Линейные неоднородные ДУ с постоянными
коэффициентами и специальной правой частью. Метод неопределенных
коэффициентов. Приложение к описанию линейных моделей.
9.6. Общие понятия о системах дифференциальных уравнений.
Нормальные системы 1-го порядка. Автономные системы. Фазовая плоскость и
фазовое пространство. Переход от ДУ к системе ДУ. Метод исключения.
Линейные однородные системы ДУ и способы их решений. Линейная
зависимость решений линейной однородной системы ДУ. Структура общего
решения линейной однородной системы ДУ. Формула ОстроградскогоЛиувилля. Структура общего решения линейной неоднородной системы ДУ.
Метод вариаций производных постоянных для неоднородных линейных
систем. Формула Коши.
14
9.7. Линейные
однородные
системы
ДУ
с
постоянными
коэффициентами.
Характеристическое уравнение. Линейные неоднородные системы ДУ с
постоянными коэффициентами.
9.8. Устойчивость решений ДУ по Ляпунову. Асимптотическая
устойчивость. Простейшие типы точек покоя на плоскости.
9.9. Критерий устойчивости систем линейных ДУ с постоянными
коэффициентами. Критерий устойчивости линейных ДУ с постоянными
коэффициентами. Устойчивость по первому приближению. Теорема Ляпунова.
Метод функций Ляпунова.
10. ЧИСЛОВЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ РЯДЫ. ФУРЬЕ –
АНАЛИЗ
10.1. Числовой ряд и его сумма. Действие над рядами. Простейшие
свойства числовых рядов. Необходимое условие сходимости ряда.
10.2. Признаки сходимости числовых рядов: критерий Коши, признаки
сравнения, признаки Даламбера и Коши, интегральный признак.
Знакопеременные ряды, абсолютная и условная сходимость. Знакочередующие
ряды, признак Лейбница. Оценка остатка ряда. Свойства абсолютно и условно
сходящихся рядов. Числовые ряды с комплексными членами.
10.3. Функциональные ряды, область сходимости и сумма ряда.
Равномерная сходимость функциональных рядов. Критерий Коши и признак
Вейерштрасса равномерной сходимости. Свойства равномерно сходящихся
функциональных рядов: непрерывность суммы, почленное дифференцирование
и интегрирование рядов.
10.4. Степенные ряды, теорема Абеля. Радиус и интервал сходимости
степенного ряда. Непрерывность суммы, интегрирование и дифференцирование
степенных рядов.
10.5. Ряды Тейлора. Достаточные условия представления функции рядом
Тейлора. Разложение основных функций в ряд Тейлора. Применение рядов
Тейлора в приближенных вычислениях. Приложение степенных рядов к
решению дифференциальных уравнений.
10.6. Уравнение и функции Бесселя. Цилиндрические функции 1-го и 2-го
рода. Свойства функций Бесселя. Рекуррентные соотношения. Интеграл
Ломмеля. Корни бесселевых функций. Ортогональность и нормы бесселевых
функций.
10.7. Периодические
функции.
Гармоники.
Тригонометрические
многочлены. Ортогональные системы функций. Тригонометрический ряд
Фурье. Условие Дирихле. Разложение четных и нечетных функций в ряд Фурье.
Ряд Фурье для функций на отрезке длиной 2π; на [0,π], для функций с
произвольным периодом; на произвольном отрезке. Комплексная форма ряда
Фурье. Приложение рядов Фурье. Спектры.
15
10.8. Скалярное произведение функций. Норма функции. Ортогональные
функции. Многочлены Лежандра и Чебышева. Ряд Фурье по ортогональной
системе функций. Ряды Фурье-Лежандра. Минимальное свойство
коэффициентов Фурье. Неравенство Бесселя. Равенство Парсеваля-Стеклова.
Сходимость в среднем квадратичном. Полнота и замкнутость ортогональных
систем. Ортогональность с весом. Многочлены Чебышева. Ряды ФурьеЧебышева. Ряды Фурье-Бесселя.
10.9. Интеграл Фурье. Косинус- и синус-преобразования Фурье и их
свойства. Комплексная форма интеграла Фурье. Спектры функций. Свойства
преобразования Фурье. Преобразования свертки по Фурье. Теорема ПарсеваляПланшереля.
11. ФУНКЦИИ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕМЕННОЙ
11.1. Последовательность комплексных чисел. Кривые и области на
комплексной плоскости. Понятие функций комплексной переменной и их
геометрическая интерпретация. Предел и непрерывность функций комплексной
переменной. Отображение областей.
11.2. Производная функция комплексной переменной. Условия КошиРимана. Аналитические функции. Гармонические функции. Аналитичность
многозначных функций. Точки ветвления.
11.3. Геометрический смысл модуля и аргумента производной.
Конформные отображения. Теорема Римана. Принцип соответствия границ.
Конформные отображения элементарными функциями. Функция Жуковского.
11.4. Интеграл от функции комплексной переменной, его вычисление и
свойства. Интегральная теорема Коши. Теорема Мореры и ее следствия.
Интегральная
формула
Коши.
Бесконечная
дифференцируемость
аналитических функций.
11.5. Ряды в комплексной области. Функциональные ряды. Равномерная
сходимость. Степенные ряды в комплексной области. Ряд Тейлора и его
коэффициенты. Основные разложения. Неравенство Коши. Теорема Лиувилля.
Ряд Лорана и его область сходимости.
11.6. Нули аналитических функций и их классификация. Устранимые
особые точки. Полюсы, их связи с нулями. Существенно особые точки. Теорема
Сохоцкого. Поведение функции в бесконечно удаленной точке.
11.7. Вычеты аналитических функций, их вычисление. Основная теорема
о вычетах. Вычеты в бесконечно удаленной точке. Полная сумма вычетов.
Приложение вычетов к вычислению определенных интегралов. Лемма
Жордана. Логарифмический вычет. Принцип аргумента. Теорема Руше.
11.8. Приложения функций комплексной переменной к плоским
векторным полям, комплексный потенциал в гидродинамике. Поступательный
поток жидкости. Поле точечного источника и точечного вихря. Комплексный
потенциал в электростатике. Плоское поле точечного заряда, диполь.
16
12. ОПЕРАЦИОННОЕ ИСЧИСЛЕНИЕ
12.1. Преобразование Лапласа, оригинал и изображение. Теорема о
существовании оригинала, его аналитичность. Линейность преобразования
Лапласа. Смещение в области изображения. Смещение в области оригинала.
Изображение свертки оригиналов, теорема Бореля. Дифференцирование и
интегрирование
оригинала.
Дифференцирование
и
интегрирование
изображений. Оригиналы, зависящие от параметра. Несобственные интегралы
от оригиналов и изображений. Предельные соотношения для оригиналов и
изображений. Интеграл Дюамеля. Графическое задание оригинала.
12.2. Связь преобразований Фурье и Лапласа. Формула Меллина.
Оригиналы для рациональных функций. Формулы разложения.
12.3. Решение линейных ДУ операционным методом. Применение
формулы Дюамеля. Решение систем линейных ДУ с постоянными
коэффициентами. Решение интегральных уравнений типа сверстки
операционным методом.
13. УРАВНЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ
13.1. Вывод основных уравнений математической физики: колебаний
струны, теплопроводности, непрерывности, диффузии, телеграфных уравнений.
Уравнение электромагнитного поля.
13.2. Общие сведения об уравнениях с частными производными.
Постановка задач для уравнений математической физики. Краевые задачи
Дирихле, Неймана, смешанные краевые задачи. Корректность постановки задач
математической физики. Классификация линейных уравнений 2-го порядка.
Условия параболичности, гиперболичности и эллиптичности уравнений. Их
характеристики.
13.3. Методы Даламбера и Фурье решения уравнений математической
физики. Задача Штурма-Лиувилля.
13.4. Решение задачи Дирихле методом Фурье в круге и цилиндре.
Приложение интегральных преобразований Фурье и Лапласа к решению задач
математической физики.
13.5. Общие понятия интегральных уравнений. Интегральные уравнения
Фредгольма 1-го и 2-го рода. Уравнения с вырожденным ядром. Метод
последовательных приближений.
14. РАЗНОСТНЫЕ УРАВНЕНИЯ. ДИСКРЕТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
14.1. Понятие решетчатых функций и их конечные разности. Задачи,
приводящие к разностным уравнениям. Общие понятия разностных уравнений.
Однородные и неоднородные линейные разностные уравнения и структура их
17
общих решений. Решение линейных однородных разностных уравнений и их
систем с постоянными коэффициентами.
14.2. Дискретное преобразование Лорана и его свойства. Восстановление
решетчатой функции по ее преобразованию Лорана. Решение разностных
линейных уравнений и их систем с помощью преобразований Лорана.
14.3. Дискретное преобразование Фурье и его свойства. Восстановление
решетчатой функции по ее дискретному преобразованию Фурье.
14.4. Быстрое преобразование Фурье.
14.5. Понятие дельта-функции. Дельта-образные последовательности.
Дифференцирование дельта-функций.
15. ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ
15.1. Точные и приближенные числа. Источники погрешностей.
Округление чисел. Абсолютная и относительная погрешности. Значащие,
верные и сомнительные цифры. Нормализованная форма числа. Погрешности
при арифметических действиях с приближенными числами. Погрешности при
вычислении приближенных значений функций одной и многих переменных.
15.2. Этапы решения задач численными методами: постановка и
математическая модель задачи, выбор вычислительного метода, алгоритм
метода. Схема Горнера. Итерационные алгоритмы. Корректность постановки
задачи. Сходимость численного метода.
15.3. Интерполирование функции. Интерполяционные многочлены
Лагранжа и Ньютона. Оценка погрешности интерполирования. Линейная и
квадратичная интерполяция. Интерполирование по равноотстоящим узлам.
Приближение функции методом наименьших квадратов. Сплайны.
15.4. Приближенное решение уравнений. Отделение корня уравнения.
Методы проб и выделение интервала монотонности. Оценка приближенного
значения корня. Методы последовательного приближения: хорд, касательных,
комбинированный метод, метод половинного деления. Теорема о неподвижной
точке. Метод итерации.
15.5. Прямые и итерационные методы решения систем линейных
уравнений. Метод Гаусса. Схема метода Гаусса с выбором главного элемента.
Метод прогонки. Метод Гаусса-Зейделя. Метод простой итерации решения
линейных систем. Метод Зейделя.
15.6. Приближенное вычисление интегралов, постановка задачи.
Квадратурные формулы прямоугольников, трапеций, Симпсона. Оценка
погрешности квадратурных формул.
15.7. Понятие о численном методе решения дифференциальных
уравнений. Приближенное решение ДУ с помощью степенных рядов. Метод
последовательных приближений для ДУ и систем ДУ. Методы Эйлера и РунгеКутта для решения ДУ и систем ДУ. Модифицированный метод Эйлера.
18
15.8. Элементы теории разностных систем. Сходимость, аппроксимация,
устойчивость. Метод сеток для уравнения теплопроводности и волнового
уравнения. Неявные разностные схемы. Метод Ритца.
15.9. Статистические оценки числовых характеристик выборки.
Корреляционный анализ и регрессия. Сглаживание экспериментальных данных
методом наименьших квадратов.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
Линейные операции над векторами. Деление отрезка в данном отношении.
Действия с матрицами.
Метод Гаусса. Определители.
Правило Крамера. Обратная матрица. Матричный способ решения систем
линейных алгебраических решений.
5. Скалярное произведение векторов.
6. Смешанное произведение векторов.
7. Прямая на плоскости.
8. Прямая и плоскость в пространстве.
9. Кривые и поверхности второго порядка.
10.Линейные векторные пространства. Базис. Ранг системы векторов.
11.Однородные
системы
линейных
алгебраических
уравнений.
Фундаментальная система решений. Общие системы линейных
алгебраических уравнений.
12.Линейные операторы и их свойства.
13.Собственные значения и собственные векторы линейного оператора.
14.Приведение матрицы линейного оператора к диагональному виду.
15.Квадратичные формы. Приведение квадратичной формы к каноническому
виду.
16.Комплексные числа и действия над ними.
17.Вектор-функции скалярного аргумента.
18.Числовая последовательность и ее предел. Простейшие приемы
вычисления пределов.
19.Предел функции в точке и на бесконечности. Применение пределов к
построению графиков элементарных функций.
20.Непрерывность и точки разрыва функции. Классификация точек разрыва
функции.
21.Замечательные пределы.
22.Бесконечно малые и бесконечно большие функции. Сравнение функций,
эквивалентные функции.
23.Геометрический и механический смысл производной. Вычисление
производной.
24.Дифференцирование сложных, обратных, неявных и параметрически
заданных функций.
1.
2.
3.
4.
19
25.Дифференциал функции и его приложения.
26.Производные и дифференциалы высших порядков.
27.Основные теоремы о дифференцируемых функциях.
28.Формула Тейлора и ее приложения.
29.Вычисление пределов по правилу Лопиталя.
30.Монотонность и экстремумы функции. Наибольшее и наименьшее
значения функции на отрезке.
31.Исследование функций с помощью первой и второй производных.
32.Вертикальные и наклонные асимптоты графика функции. Полное
исследование и построение графиков функций с помощью производной.
33.Разложение многочлена на множители. Теорема Безу. Условие
тождественности двух многочленов. Признак кратности корня.
34.Неопределенный интеграл. Табличное интегрирование.
35.Замена переменной и интегрирование по частям.
36.Интегрирование рациональных функций.
37.Интегрирование иррациональных и тригонометрических функций.
38.Определенный интеграл. Замена переменной и интегрирование по частям.
39.Геометрические и физические приложения определенного интеграла.
40.Несобственные интегралы первого и второго рода.
41.Функции многих переменных (фмп). Линии и поверхности уровня фмп.
Непрерывность фмп.
42.Частные производные функции многих переменных. Частные
производные сложной функции и функций, заданных неявно.
43.Частные производные и дифференциалы высших порядков функции
многих переменных. Формула Тейлора.
44.Локальный и глобальный экстремумы функции многих переменных.
Условный экстремум.
45.Основные понятия теории дифференциальных уравнений. Поле
направлений и метод изоклин.
46.Уравнения
с
разделяющимися
переменными.
Однородные
дифференциальные уравнения 1-го порядка.
47.Линейные уравнения 1-го порядка и уравнение Бернулли.
48.Уравнения в полных дифференциалах. Интегрирующий множитель.
49.Дифференциальные уравнения высших порядков, допускающие
понижение порядка.
50.Линейные однородные дифференциальные уравнения с постоянными
коэффициентами.
51.Линейные неоднородные дифференциальные уравнения с постоянными
коэффициентами. Метод вариации произвольных постоянных.
52.Линейные неоднородные дифференциальные уравнения со специальной
правой частью. Принцип суперпозиции решений.
53.Системы ОДУ: основные понятия и методы интегрирования.
20
54.Устойчивость по Ляпунову. Классификация точек покоя. Устойчивость по
первому приближению.
55.Двойной интеграл в декартовой системе координат. Изменение порядка
интегрирования.
56.Двойной интеграл в полярной системе координат. Приложения.
57.Тройной интеграл в декартовой системе координат.
58.Тройной интеграл в цилиндрической и сферической системах координат.
Приложения.
59.Криволинейные интегралы 1-го и 2-го рода. Независимости КРИ от пути
интегрирования. Формула Грина.
60.Поверхностные интегралы 1-го и 2-го типа.
61.Векторное поле и векторные линии. Поток векторного поля через
поверхность. Дивергенция векторного поля. Теорема ОстроградскогоГаусса.
62.Циркуляция и ротор векторного поля. Теорема Стокса.
63.Числовые ряды: сходимость, сумма и остаток ряда. Необходимый признак
сходимости.
64.Знакопостоянные ряды: исследование сходимости при помощи признаков
сравнения и достаточных признаков сходимости Даламбера, Коши.
65.Знакоредующиеся ряды: абсолютная и условная сходимость, признак
Лейбница, оценка остатка сходящегося ряда.
66.Функциональные ряды: поточечная и равномерная сходимость, признак
Вейрштрасса. Свойства равномерно сходящихся функциональных рядов:
непрерывность суммы, почленное дифференцирование
и
интегрирование рядов.
67.Степенные ряды: радиус и интервал сходимости. Свойства суммы.
68.Ряды Тейлора и Маклорена.
69.Применение степенных рядов.
70.Интегралы, зависящие от параметра, и их свойства. Гамма- и беттафункции.
71.Ортогональные системы функций. Тригонометрический ряд Фурье.
72.Комплексная форма ряда Фурье. Спектральные характеристики функции.
73.Интеграл Фурье. Синус- и косинус-преобразования Фурье.
74.Основные элементарные функции комплексного переменного (фкп.).
Дифференцируемость фкп. Условия Коши-Римана.
75.Интегрирование фкп. Интегральная теорема Коши. Интегральная формула
Коши.
76.Ряды в комплексной области: числовые, степенные, ряды Тейлора.
77.Ряды Лорана.
78.Изолированные особые точки и их классификация.
79.Вычет однозначной аналитической функции в изолированной особой
точке: определение, вычисление. Основная теорема о вычетах.
80.Вычисление интегралов с помощью вычетов.
21
81.Преобразование Лапласа. Отыскание оригиналов и изображений.
82.Связь преобразований Фурье и Лапласа. Формула Меллина. Оригиналы
для рациональных функций. Формула разложения.
83.Решение линейных ДУ и систем операционным методом. Применение
формулы Дюамеля.
84.Методы Даламбера и Фурье решения уравнений математической физики.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Интерполирование функций.
Приближенное решение уравнений.
Приближенное решение систем линейных уравнений.
Приближенное вычисление определенных интегралов.
Приближенное решение задачи Коши для ДУ и систем ДУ.
Решение краевой задачи для линейного ДУ второго порядка методом
прогонки.
7. Решение задачи Дирихле и смешанной задачи для уравнений
математической физики методом сеток.
8. Интервальное оценивание параметров нормально распределенной
случайной величины.
9. Вычисление параметров линейного уравнений связи и статистических
характеристик двух случайных величин по данным таблицам.
10.Определение двухпараметрического уравнения сглаживающей кривой по
несгруппированным данным методом наименьших квадратов.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
Теоретический курс
1. Апатенок Р.Ф. и др. Элементы линейной алгебры и аналитической
геометрии. - М.:-Высш. шк., 1986.
2. Беклемишев Д.В. Курс аналитической геометрии и линейной алгебры.М.: Наука, 1984.
3. Бугров Я.С., Никольский С.М. Элементы линейной алгебры и
аналитической геометрии. – М.: Наука, 1980; 1984; 1988.
4. Бугров Я.С., Никольский С.М. Дифференциальное и интегральное
исчисление. – М.: Наука, 1980; 1988.
5. Бугров Я.С., Никольский С.М. Дифференциальные уравнения. Кратные
интегралы. Ряды. ФКП. – М.: Наука, 1981; 1985.
6. Жевняк Р.М., Карпук А.А. Высшая математика. В 5 ч. – Мн.: Выш. шк.,
1984-1988.
22
7. Жевняк Р.М., Карпук А.А. Высшая математика. Аналитическая геометрия
и линейная алгебра. Дифференциальное исчисление. – Мн.: Выш.
шк.,1992.
8. Жевняк Р.М., Карпук А.А. Высшая математика. Функции многих
переменных. Интегральное исчисление. - Мн.: Выш. шк., 1993.
9. Жевняк Р.М., Карпук А.А. Высшая математика. Дифференциальные
уравнения. Ряды. Уравнения математической физики. Теория функций
комплексной переменной. - Мн.: ИРФ образования, 1997.
10. Жевняк Р.М., Карпук А.А. Высшая
математика. Операционное
исчисление. Теория вероятностей. Математическая статистика.
Случайные процессы. - Мн.: ИРФ образования, 1997.
11.Кудрявцев Л.Д. Краткий курс математического анализа. – М.: Наука, 1989.
12.Мантуров О.В., Матвеев Н.М. Курс высшей математики. – М.:Высш. шк,
1991.
13.Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисление для втузов.
Т. 1, 2. – М.: Наука, 1985.
14.Русак В., Шлома Л. i др. Курс вышэйшай матэматыкi. Ч.1,2. – Мн.: Выш.
шк., 1994, 1997.
Практический курс
1. Клетеник Д.В. Сборник задач по аналитической геометрии. – М.: Наука,
1986.
2. Кузнецов Л.А. Сборник заданий по высшей математике (типовые
расчеты). – М.: Высш. шк., 1983.
3. Сборник задач по математике для втузов: Линейная алгебра и основы
математического анализа / Под ред. А.В. Ефимова и Б.П. Демидовича. –
М.: Наука, 1981.
4. Сборник задач по математике для втузов: Специальные разделы
математического анализа / Под ред. А.В. Ефимова и Б.П. Демидовича. –
М.: Наука, 1982.
5. Чудесенко В.Ф. Сборник заданий по специальным курсам высшей
математики (типовые расчеты). - М.: Высш. шк., 1983.
6. Сборник индивидуальных заданий по высшей математике / Под ред.
А.П.Рябушко. Ч.1,2,3. – Мн.: Выш.шк.,1990, 1991.
7. Апатенок Р.Ф. и др. Сборник задач по линейной алгебре и аналитической
геометрии . - Мн.: Выш.шк., 1990.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Анго А. Математика для электро- радиоинженеров.- М.: Наука, 1967.
2. Ефимов А.В. Математический анализ (специальные разделы). Ч.1. - М.:
Высш. шк., 1980.
3. Ефимов А.В, Золотарев Ю.Г., Терпигорева В.М. Математический
анализ (специальные разделы). Ч.2 . – М.: Высш.шк., 1980.
23
4. Фарлоу С. Уравнения с частными производными. - М.: Мир,1985.
5. Краснов М.Л., Киселев А.И., Макаренко Г.И. Сборник задач по
обыкновенным дифференциальным уравнениям. - М.: Высш. шк., 1978.
6. Краснов М.Л., Киселев А.И., Макаренко Г.И. Функции комплексного
переменного. Операционное исчисление. Теория устойчивости (задачи
и упражнения). - М.: Наука, 1981.
7. Шмелев П.А. Теория рядов в задачах и упражнениях. – М.: Высш. шк.,
1983.
Учебно-методические разработки к лабораторным, практическим
занятиям и дополнительным модулям в данной программе не приведены и
указываются при составлении рабочих программ.
24
Утверждена
Министерством образования
Республики Беларусь
« 24 » июня 2001 г.
Регистрационный № ТД - 120 / тип
II. ФИЗИКА
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТЯМ ЭЛЕКТРОРАДИОТЕХНИКИ И ИНФОРМАТИКИ
25
Составители:
Н.Т. Квасов – заведующий кафедрой физики Белорусского государственного
университета
информатики
и
радиоэлектроники,
доктор
физикоматематических наук, профессор;
В.И. Мурзов – доцент кафедры физики Белорусского государственного
университета информатики и радиоэлектроники, кандидат физикоматематических наук;
Ю.И. Савилова – доцент кафедры физики Белорусского государственного
университета информатики и радиоэлектроники, кандидат технических наук.
Рецензенты:
Кафедра физики и высшей математики Международного экологического
университета им. А.Д. Сахарова (протокол № 6 от 3 марта 2000 г.);
И.И.
Наркевич
заведующий
кафедрой
физики
Белорусского
государственного
технологического
университета,
доктор
физикоматематических наук, профессор.
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой физики Белорусского государственного университета информатики и
радиоэлектроники (протокол № 1 от 30 августа 2000 г.);
Советом Белорусского государственного университета информатики и
радиоэлектроники (протокол № 4 от 23 ноября 2000 г.).
Согласована с:
Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по
образованию в области электрорадиотехники и информатики;
Главным управлением высшего и среднего специального образования;
Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса
Республиканского института высшей школы БГУ.
26
ПРЕДМЕТ ДИСЦИПЛИНЫ.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КУРСА, ЕГО МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
Курс физики наряду с другими общеобразовательными дисциплинами
составляет основу теоретической подготовки инженеров и играет роль
фундаментальной базы, без которой невозможна успешная деятельность
современного инженера любого профиля. Многие области современной
техники, такие как электроника, электро- и радиотехника, приборостроение,
машиностроение, технология радиоэлектронных средств и др., тесно связаны с
физикой.
Изучение курса физики способствует развитию у студентов физического
мышления, а также формированию у них научного мировоззрения, на основе
которого складываются основные представления о современной физической
картине мира. В ходе изучения курса физики находят отражение основные
этапы сложного исторического развития физики как науки и используются
все компоненты процесса научного познания:
анализ и синтез,
абстрагирование и идеализация, аналогия, формализация, обобщения и
ограничения, индукция и дедукция, историческое и логическое. Все это имеет
большое методологическое значение и создает основу для успешного
изучения специальных дисциплин.
При разработке программы использовались материалы Международного
симпозиума ЮНЕСКО «Фундаментальное университетское образование»
(1994 г., г. Москва).
Курс физики имеет своей целью:
- изучение основных понятий, законов, принципов и теорий классической и
квантовой физики;
- изучение основных физических явлений и процессов и их трактовку с точки
зрения современных научных представлений;
- формирование современного физического мышления и научного
мировоззрения;
- ознакомление с методами физических исследований.
Задачи изучения дисциплины:
- создание у студентов достаточно широкой теоретической подготовки в
области физики, позволяющей будущим инженерам ориентироваться в потоке
научной и технической информации и обеспечивающей возможность
использования знаний по физике в технике;
- обеспечение определенной методологической подготовки, позволяющей
понимать процесс познания и структуру научного знания, использовать
различные физические понятия, определять границы применимости принципов,
законов и теорий;
- ознакомление с современной научной аппаратурой, формирование навыков
проведения физического эксперимента;
27
- овладение примерами и методами решения конкретных задач из отдельных
разделов физики;
- формирование умения оценивать степень достоверности
результатов,
полученных в экспериментальных или теоретических исследованиях.
Для изучения курса физики необходимо знание следующих разделов
математики:
- элементы линейной алгебры и аналитической геометрии;
- дифференциальное исчисление функций одной и нескольких переменных;
- исследование функций с помощью производных;
- определенный и неопределенный интегралы, криволинейные и кратные
интегралы;
- элементы теории дифференциальных уравнений;
- векторный анализ и основные понятия теории поля;
- теория вероятностей и математическая статистика.
Необходимо также знакомство с фундаментальными интегрирующими
дисциплинами естественно-научного характера-информатикой, экологией,
биологией, а также гуманитарного профиля- философией, историей. В процессе
изложения курса необходимо подчеркнуть роль физики в преодолении
энергетического, экологического и информационного кризисов.
Программа рассчитана на изучение курса физики в течение трех
семестров общим объёмом 260 - 340 часов. Количество часов на весь курс и их
распределение по семестрам отражено в рабочих программах в соответствии с
учебными планами специальностей университета. Примерное распределение
часов по видам занятий: лекций – 136 часов, лабораторных работ – 102 часа,
практических занятий – 102 часа.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ,
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА
ВВЕДЕНИЕ
Физика как фундаментальная наука. Роль физики в становлении
инженера. Общая структура и задача курса.
1.1. КИНЕМАТИКА
Материальная точка. Твердое тело. Система отсчета. Кинематика
материальной точки. Путь. Перемещение. Скорость и ускорение. Их проекции
на координатные оси. Угол между векторами скорости и ускорения.
Вычисление пройденного пути. Тангенциальное и нормальное ускорения.
Кинематика твердого тела. Вращение твердого тела вокруг неподвижной оси.
Угловые скорость и ускорение. Связь между угловыми и линейными
кинематическими величинами.
28
1.2. ДИНАМИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ
Границы применимости
ньютоновской механики. Первый закон
Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности Галилея.
Преобразования Галилея. Масса и импульс. Второй закон Ньютона как
уравнение движения. Третий закон Ньютона. Инвариантность уравнений
движения относительно преобразований Галилея. Закон всемирного тяготения.
Сила тяжести и вес. Упругие силы. Силы трения и сопротивления.
1.3. ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ
Силы внутренние и внешние. Замкнутая система. Сохраняющиеся
величины. Связь законов сохранения со свойствами пространства и времени.
Закон сохранения импульса. Центр масс. Уравнение движения центра масс.
Система центра масс. Реактивное движение. Работа и мощность. Кинетическая
энергия частицы. Консервативные силы. Потенциальная энергия частицы в
поле. Полная механическая энергия частицы. Законы ее изменения и
сохранения. Связь между потенциальной энергией и силой поля. Закон
сохранения механической энергии системы. Общефизический закон сохранения
энергии. Моменты импульса частицы относительно точки и оси. Момент силы.
Пара сил. Уравнение моментов. Момент импульса системы. Закон сохранения
момента импульса.
1.4. НЕИНЕРЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОТСЧЕТА (НСО)
Уравнение движения в НСО, движущейся поступательно. Вращающиеся
НСО. Центробежная сила инерции и сила Кориолиса. Принцип
эквивалентности.
1.5. МЕХАНИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА
Момент импульса тела относительно неподвижной оси. Момент инерции.
Теорема Штейнера. Уравнение динамики твёрдого тела, вращающегося вокруг
неподвижной оси. Плоское движение твердого тела. Уравнение динамики
плоского движения. Кинетическая энергия вращающегося твердого тела (ось
вращения неподвижна). Работа внешних сил при вращении твердого тела.
Кинетическая энергия твердого тела при плоском движении. Гироскопы.
Гироскопический эффект. Прецессия гироскопа.
1.6. КОЛЕБАНИЯ
Уравнение свободных колебаний без трения: пружинный, физический и
математический маятник (малые колебания). Гармонический осциллятор.
Сложение гармонических колебаний. Биения. Энергия гармонического
осциллятора. Уравнение затухающих колебаний и его решение. Коэффициент
затухания. Логарифмический декремент затухания. Уравнение вынужденных
колебаний и его решение. Векторная диаграмма. Резонанс. Резонансная кривая.
Параметрический резонанс. Упругие напряжения. Закон Гука. Энергия упругой
деформации.
29
1.7. ВОЛНЫ
Распространение волн в упругой среде. Продольные и поперечные волны.
Уравнение плоской волны. Длина волны. Волновое число. Волновое уравнение.
Скорость волны. Уравнение плоской стоячей волны. Сферическая волна.
Энергия упругой волны. Поток и плотность потока энергии. Вектор Умова.
Эффект Доплера для звуковых волн.
1.8. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ (СТО)
Постулаты СТО. Синхронизация часов. Преобразования Лоренца и
требования релятивистской инвариантности. Релятивистский
закон
преобразования скорости. Относительность понятия одновременности.
Относительность длин и промежутков времени. Понятие 4-мерного
пространства-времени,
4-мерного
пространства
скорости,
4-мерного
пространства импульса. Релятивистское уравнение динамики материальной
точки в 4-мерной форме. Сила Минковского. Уравнение движения
релятивистской частицы в 3-мерной форме. Релятивистские выражения для
полной и кинетической энергии частицы. Взаимосвязь массы и энергии.
Энергия покоя. Преобразование
вектора силы при переходе из одной
инерциальной системы отсчета в другую.
1.9. ДВИЖЕНИЕ В МИКРОМИРЕ
Волновое поведение микрочастиц в определенных экспериментах.
Проблема описания движения. Принцип неопределенности Гейзенберга.
1.10. ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ И ТЕРМОДИНАМИКИ
Макроскопическая система. Статистический и термодинамический
методы исследования. Уравнение молекулярно-кинетической теории для
давления газа. Средняя энергия молекулы. Физический смысл температуры.
Внутренняя
энергия
и
теплоемкость
идеального
газа.
Закон
равнораспределения энергии. Первое начало термодинамики. Вероятность и
флуктуации. Распределение Максвелла. Средняя, среднеквадратичная и
наивероятная скорости молекул. Распределение молекул во внешнем поле
(распределение Больцмана). Распределение Максвелла-Больцмана. Второе
начало термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Энтропия. Закон
возрастания энтропии. Макро- и микросостояния. Статистический смысл
энтропии. Энтропия и необратимость. Реальные газы. Силы и потенциальная
энергия межмолекулярного взаимодействия. Уравнение Ван-дер-Ваальса.
Термодинамические потенциалы. Выражение термодинамических
величин через первые и вторые производные от термодинамических
потенциалов.
Фазовые переходы I и II рода. Критическая точка. Статистический метод
Гиббса. Фазовое пространство. Микроканоническое, каноническое и большое
каноническое распределения Гиббса.
30
1.11. ЖИДКОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА
Линии и трубки тока. Неразрывность струи. Уравнение Бернулли.
Истечение жидкости из отверстия. Вязкость. Ламинарное и турбулентное
течение. Движение тел в жидкостях и газах. Поверхностное натяжение.
Явления на границе жидкости и твердого тела. Капиллярные явления.
2. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, МАГНЕТИЗМ И
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ
2.1. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ
Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Принцип
суперпозиции
сил.
Электростатическое
поле.
Напряженность
электростатического
поля.
Принцип
суперпозиции
полей.
Расчет
электростатического поля системы точечных зарядов. Поток вектора
напряженности электростатического поля. Теорема Гаусса и ее применение к
расчету
полей. Теорема о циркуляции вектора напряженности
электростатического поля. Потенциал. Потенциал поля точечного заряда и
системы зарядов. Связь потенциала и напряженности поля. Электрический
момент диполя. Момент сил, действующий на диполь. Энергия диполя в
электрическом поле. Сила, действующая на диполь. Проводники в
электростатическом поле. Поле внутри проводника и у его поверхности.
Распределение заряда в проводнике. Электроемкость уединенного проводника.
Взаимная емкость двух проводников. Конденсаторы.
2.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ДИЭЛЕКТРИКЕ
Связанные и сторонние заряды. Поляризованность. Диэлектрическая
восприимчивость. Вектор электрического смещения. Диэлектрическая
проницаемость. Теорема Гаусса для вектора электрического смещения. Поле в
диэлектрике. Условия на границе двух диэлектриков. Потенциальная энергия
системы зарядов. Энергия уединенного проводника и конденсатора. Энергия
электрического поля. Плотность энергии.
2.3. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
Сила и плотность тока. Уравнение непрерывности. Закон Ома для
однородного
проводника. Сторонние силы. ЭДС. Закон Ома для
неоднородного участка цепи. Обобщенный закон Ома в локальной форме.
Разветвление цепи. Правила Кирхгофа. Закон Джоуля-Ленца (в интегральной и
локальной формах). Мощность тока. Классическая теория электропроводности
металлов.
2.4. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ
Магнитная индукция B. Сила Лоренца. Магнитное поле равномерно
движущегося заряда. Принцип суперпозиции полей. Закон Био-СаварраЛапласа и его применение к расчету индукции магнитного поля прямого и
31
кругового токов. Теорема Гаусса для вектора B. Теорема о циркуляции вектора
B и ее применение к расчету полей. Поле соленоида. Сила Ампера. Магнитный
момент контура с током. Сила, действующая на контур с током. Работа при
перемещении контура с током.
2.5. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ
Намагниченность. Токи намагничивания. Циркуляция намагниченности.
Вектор напряженности магнитного поля Н. Теорема о циркуляции вектора H.
Условия на границе двух магнетиков. Кривая намагничивания. Гистерезис.
Остаточная намагниченность.
2.6. ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
Опыты Фарадея. Правило Ленца. Закон электромагнитной индукции.
Полный магнитный поток (потокосцепление). Закон Фарадея. Явление
самоиндукции. Индуктивность. Электродвижущаяся сила (ЭДС) самоиндукции.
Индуктивность соленоида. Ток при замыкании и размыкании цепи. Взаимная
индуктивность. Энергия контура с током. Энергия магнитного поля.
Плотность энергии магнитного поля.
2.7. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ
Квазистационарные токи. Свободные колебания в контуре без активного
сопротивления. Свободные затухающие колебания. Логарифмический
декремент затухания. Добротность. Вынужденные электрические колебания.
Векторная диаграмма. Резонансные кривые для напряжения и силы тока.
2.8. УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА
Вихревое электрическое поле. Электромагнитное поле. Ток смещения.
Уравнения Максвелла. Закон сохранения энергии в электродинамике.
Плотность
энергии
электромагнитного
поля.
Вектор
Пойнтинга.
Относительность электрического и магнитного полей.
2.9. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ
Волновое уравнение для электромагнитной волны. Основные свойства
электромагнитной волны. Опыты Герца. Опыт Лебедева. Интенсивность
электромагнитной волны. Поведение плоской электромагнитной волны на
границе раздела двух сред. Излучение диполя. Эффект Доплера для
электромагнитных волн.
3. ОПТИКА
3.1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ
Световая волна. Показатель преломления среды. Законы геометрической
оптики. Оптическая длина пути. Принцип Ферма. Таутохронность. Формула
тонкой линзы, свойства линзы.
32
3.2. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ
Принцип суперпозиции волн. Интенсивность при сложении колебаний.
Интерференция двух волн. Ширина интерференционной полосы. Влияние
немонохроматичности и размера источника. Понятие о когерентности.
Временная и пространственная когерентность. Длина и радиус когерентности.
Способы наблюдения интерференции света. Зеркала (или бипризмы) Френеля.
Интерференция при отражении от тонких пластинок. Полосы равного наклона
и равной толщины. Кольца Ньютона. Просветление оптики. Интерферометры
Майкельсона и Фабри-Перо.
3.3. ДИФРАКЦИЯ
Принцип
Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля и дифракция
Фраунгофера. Зоны Френеля. Дифракция Френеля от круглого отверстия и от
круглого непрозрачного диска. Дифракция Френеля от края полуплоскости и от
щели. Спираль Корню. Дифракция Фраунгофера от щели. Дифракционная
решетка. Угловая дисперсия и разрешающая способность решетки. Дифракция
рентгеновских лучей. Формула Брэгга-Вульфа. Рентгеноструктурный анализ:
методы Лауэ и Дебая. Понятие о голографии.
3.4. ПОЛЯРИЗАЦИЯ
Естественный и поляризованный свет. Степень поляризации.
Поляризаторы и анализаторы. Закон Малюса. Поляризация при отражении и
преломлении.
Формулы
Френеля.
Угол
Брюстера.
Прохождение
поляризованного света через анизотропную среду. Оптическая ось.
Обыкновенная и необыкновенная волны. Интерференция поляризованных
волн.
Искусственная анизотропия. Эффект Керра. Вращение плоскости
поляризации (оптическая
активность). Магнитное вращение плоскости
поляризации (эффект Фарадея).
3.5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ
Дисперсия света. Групповая скорость. Элементарная теория дисперсии.
Поглощение света. Рассеяние света. Эффект Вавилова-Черенкова.
4. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА
4.1. КВАНТОВАЯ ПРИРОДА ЭЛЕКРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Гипотеза Планка. Фотоэффект. Формула Эйнштейна. Фотоны. Импульс
фотона. Эффект Комптона.
4.2. ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА МИКРОЧАСТИЦ
Гипотеза де Бройля. Опыты Дэвиссона-Джермера. Дифракция
электронов. Неприменимость понятия траектории к микрочастицам.
Соотношение неопределенностей. Задание состояния частицы в квантовой
33
физике: пси-функция, ее смысл как амплитуды вероятности. Нормировка.
Суперпозиция состояний в квантовой физике.
4.3. ОПЕРАТОРЫ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ
Собственные значения и собственные функции операторов. Средние
значения величин. Операторы импульса, момента импульса, полной энергии
(оператор Гамильтона). Собственные значения и собственные функции
проекции момента импульса. Спин. Квантовые числа орбитального и спинового
моментов. Сложение моментов. Результирующий момент многоэлектронной
системы. Квантовые числа этого момента.
4.4. УРАВНЕНИЕ ШРЕДИНГЕРА
Стационарные состояния. Задачи на применение уравнения Шредингера.
Частица в одномерной яме и потенциальном ящике с абсолютно не
проницаемыми стенками. Квантование энергии. Гармонический осциллятор
(результаты
решения).
Прохождение
частицы
через
одномерный
потенциальный барьер, туннельный эффект.
4.5. ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ СТАТИСТИКИ
Тождественные частицы. Симметричные и антисимметричные состояния.
Фермионы и бозоны. Принцип Паули. Фазовое пространство. Квантовые
статистики Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна. Сверхпроводимость. Эффект
Джозефсона. Высокотемпературная сверхпроводимость. Сверхтекучесть.
5. СТРОЕНИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА
5.1. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
Виды взаимодействия и классы элементарных частиц. Частицы и
античастицы. Кварки.
5.2. ФИЗИКА ЯДРА
Ядерные силы. Масса и энергия связи ядра. Радиоактивность, закон
распада. Ядерные реакции. Энергетическая схема ядерной реакции. Пути
использования ядерной энергии. Термоядерные реакции синтеза. Термоядерная
энергия.
5.3. ФИЗИКА АТОМА
Квантовомеханическая модель атома водорода (результаты решения
уравнения Шредингера). Квантовые числа электрона в атоме. Вырождение
уровней. Кратность вырождения. Схема уровней. Правило отбора.
Спектральные серии атома водорода. Магнитный момент атома. Атом в
магнитном поле. Эффект Зеемана. Распределение электронов по
энергетическим уровням в атоме. Оболочка и подоболочка. Периодическая
34
система элементов. Характеристическое
Рентгеновские спектры. Закон Мозли.
рентгеновское
излучение.
5.4. ДВУХАТОМНАЯ МОЛЕКУЛА
Схема ее энергетических уровней: электронные термы, их колебательная
и вращательная структуры. Комбинационное рассеяние света.
5.5. ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА
Кристаллическое состояние. Физические типы кристаллических решеток.
Теплоемкость кристаллов. Ее зависимость от температуры. Закон Дюлонга и
Пти. Теплоемкость твердого тела по моделям Эйнштейна и Дебая. Фононы.
Поглощение, спонтанное и вынужденное излучение. Равновесное излучение.
Принцип детального равновесия и формула Планка. Лазер (на примере
трехуровневой системы). Активная среда. Резонатор. Квантовая теория
свободных электронов в металле. Плотность энергетических состояний.
Распределение электронов по энергиям. Энергетические зоны в кристаллах.
Металлы, полупроводники, диэлектрики. Электропроводность металлов.
Квазичастицы-электроны проводимости и дырки. Собственная и примесная
проводимость полупроводников. Эффективная масса электрона в кристалле.
Эффект Холла. Термоэлектрические явления: термоэмиссия, термоЭДС, эффект
Пельтье. Полупроводниковые диоды и транзисторы.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ПО ТЕМАМ
1. Кинематика материальной точки и твердого тела.
2. Динамика материальной точки.
3. Законы сохранения импульса и энергии.
4. Динамика твердого тела.
5. Закон сохранения момента импульса.
6. Динамика релятивистской частицы.
7. Механические колебания.
8. Упругие волны.
9. Начала термодинамики.
10. Распределение Максвелла - Больцмана.
11. Электростатическое поле. Напряженность электрического поля. Теорема
Гаусса.
12. Потенциал. Связь напряженности и потенциала.
13. Магнитное поле. Закон Био-Савара-Лапласа. Теорема о циркуляции.
14. Электромагнитная индукция.
15. Электромагнитные колебания.
16. Уравнение Максвелла. Электромагнитные волны.
17. Интерференция света.
18. Дифракция света.
19. Поляризация света.
35
20. Квантовая природа электромагнитного излучения.
21. Волновые свойства микрочастиц.
22. Задачи на применение уравнения Шредингера.
23. Квантовомеханическая модель атома водорода.
24. Многоэлектронные атомы. Периодическая система элементов.
25. Атом в магнитном поле. Эффект Зеемана.
26. Квантовая статистика. Распределение Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака.
27. Зонная теория твердых тел. Тепловые, электрические и магнитные свойства
твердых тел.
28. Ядерные реакции и элементарные частицы.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. ВВОДНАЯ ЛЕКЦИЯ
1) измерение механических величин.
2. МЕХАНИКА
1) определение скорости пули с помощью баллистического маятника;
2) определение момента инерции махового колеса и силы трения в опоре;
3) измерение вращательного движения на приборе Обербека.
3. КОЛЕБАНИЯ
1) измерение ускорения свободного падения с помощью оборотного маятника;
2) определение моментов инерции и модуля сдвига твердых тел методом
крутильных колебаний;
3) определение модуля Юнга методом стоячих волн в стержне;
4) изучение распространения звуковых волн в упругой среде методом стоячих
волн.
4. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА
1) определение отношений теплоемкостей газов;
2) изучение внутреннего трения жидкостей.
5. ЭЛЕКТРОСТАТИКА
1) изучение электростатических полей;
2) изучение основных свойств электростатического поля;
3) изучение диэлектрического гистерезиса сегнетоэлектриков;
4) изучение температурной зависимости диэлектриков вблизи температуры
фазового перехода.
6. МАГНИТОСТАТИКА И ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ
1) изучение магнитных полей;
2) изучение магнитных свойств ферромагнетиков;
36
3) изучение воздействия постоянных электрического и магнитных полей на
заряженные частицы;
4) изучение явлений электромагнитной индукции;
5) изучение вынужденных колебаний;
6) изучение процессов релаксации в контурах.
7. ОПТИКА
1) изучение явления интерференции света;
2) изучение дифракции Френеля;
3) изучение дифракции Фраунгофера;
4) изучение свойств поляризованного света.
8. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА
1) изучение внешнего фотоэффекта;
2) изучение внутреннего фотоэффекта.
9. ФИЗИКА АТОМА И ЯДРА
1) опыт Франка-Герца;
2) изучение спектра атома водорода и определение постоянной Планка;
3) изучение
оптических
характеристик
спектрального
прибора
энергетических спектров испускания квантовых систем;
4) изучение статистического
характера распада радиоактивных ядер
определение периода полураспада долгоживущего радиоизотопа;
5) измерение удельной гамма-активности препаратов;
6) изучение влияния температуры на проводимость металлов
полупроводников;
7) изучение вольтамперной характеристики p-n – перехода;
8) изучение термоэлектрических явлений;
9) изучение зависимости падения напряжения
на
р-n-переходе
температуры.
и
и
и
от
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ФИЗИКЕ
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Савельев И.В. Курс физики. Т.1-3. - М.: Наука, 1989.
2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс общей физики. - М. : Высш. шк. , 1989.
3. Наркевич И.И., Волмянский Э.И., Лобко С.И. Физика для втузов. Т. 1,2.Мн.: Выш. шк., 1992.
4. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. - М.: Наука, 1988.
37
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. T.1-5. - M.: Наука, 1977-1986.
2. Берклеевский курс физики. T.1-5. - M.: Наука, 1975-1977.
3. Феймановские лекции по физике. T.1-10. - M.: Мир, 1977.
4. Орир.Дж. Физика. Т.1-2. - М.: Мир, 1981.
5. Иродов И.Е. Основные законы механики. - M.: Высш. шк., 1985.
6. Иродов И.Е. Основные законы электромагнетизма. - M.: Высш. шк., 1983.
7. Калашников С.Г. Электричество. - M.: Наука, 1985.
8. Калитиевский Н.И. Волновая оптика. - M.: Высш. шк., 1978.
9. Ландсберг Г.С. Оптика. - М.: Наука, 1976.
10. Широков Ю.М., Юдин Н.П. Ядерная физика. - M.: Наука, 1980.
11. Астахов А.В., Широков Ю.М. Курс общей физики.T.1-3. - M.: Наука, 1977.
12. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Молекулярная физика. - M.: Наука, 1976.
13. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. - M.: Наука, 1978.
14. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. - M.: Высш. шк., 1985.
15. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. - M.: Высш. шк., 1988.
16. Беликов В.С. Решение задач по физике. - M.: Высш. шк., 1986.
17. Мурзов В.И., Коненко А.Ф., Филиппова Л.Г. Общая физика в задачах и
решениях. - Мн.: Выш. шк., 1986.
18. Варикаш В.М., Болсун А.И., Аксенов В.В. Сборник задач по статистической
физике. - Мн.: Высш. шк., 1989.
НАГЛЯДНЫЕ ПОСОБИЯ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ДЕМОНСТРАЦИОННЫХ УСТАНОВОК
1. Закон сохранения момента импульса (скамья Жуковского).
2. Центробежные силы инерции.
3. Сила Кориолиса.
4. Маятник во вращающейся системе отсчета.
5. Вращение твердого тела. Регулятор Уатта.
6. Эффект Доплера.
7. Электростатика (электроскопы, электрофорная машина).
8. Газоразрядные трубки (тлеющий разряд, катодные лучи).
9. Виток в магнитном поле.
10. Токи Фуко.
11. Основные законы геометрической оптики. Ход светового луча в призмах и
линзах.
12. Бипризма Френеля.
13. Голограмма.
14. Дифракция Френеля (дифракция от экрана с отверстием).
15. Дифракция Фраунгофера. Дифракция на одной щели.
38
16. Дифракция от двух скрещенных щелей.
17. Дифракционные решетки.
18. Поляроиды.
19. Поляризация света. Закон Брюстера. Закон Малюса.
20. Винт Умова.
21. Поглощение света. Светофильтры. Интерференционные фильтры.
22. Люминесценция растворов красителей.
23. Фосфорисценция кристаллофосфоров.
24. Интерференция в тонкой пленке (полосы равной толщины и равного
наклона).
25. Интерференция поляризованных лучей (николи параллельны, скрещены).
23. Кристаллы полярных диэлектриков.
39
40
Утверждена
Министерством образования
Республики Беларусь
« 24 » июня 2001 г.
Регистрационный № ТД- 121/ тип
III. ТЕОРИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ СТАТИСТИКА
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТЯМ ЭЛЕКТРОРАДИОТЕХНИКИ И ИНФОРМАТИКИ
41
Составители:
А.В. Аксенчик - доцент кафедры вычислительных
программирования Белорусского государственного университета
и радиоэлектроники, кандидат технических наук;
А.И. Волковец - доцент кафедры вычислительных
программирования Белорусского государственного университета
и радиоэлектроники, кандидат технических наук.
методов и
информатики
методов и
информатики
Рецензенты:
Кафедра «Математическое моделирование и анализ данных» Белорусского
государственного университета (протокол № 14 от 30 мая 2000 г.);
И.М. Морозова - заведующая кафедрой «Высшая математика» Белорусского
аграрного технического университета, кандидат физико-математических наук,
доцент.
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой вычислительных методов и программирования Белорусского
государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол №
2 от 30 октября 2000 г.)
Советом Белорусского государственного университета информатики и
радиоэлектроники (протокол № 4 от 23 ноября 2000 г.).
Согласована с:
Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по
образованию в области электрорадиотехники и информатики;
Главным управлением высшего и среднего специального образования;
Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса
Республиканского института высшей школы БГУ.
42
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Теория вероятностей и математическая статистика»
разработана для технических специальностей высших учебных заведений. Она
предусматривает изучение основных положений теории вероятностей и
математической статистики.
Целью изучения дисциплины является усвоение основных методов
формализованного описания и анализа случайных явлений, обработки и
анализа результатов физических и численных экспериментов.
Программа составлена в соответствии с требованиями образовательного
стандарта и рассчитана на объем 70 учебных часов. Примерное распределение
учебных часов по видам занятий: лекций-36 часов; практических занятий -34
часа и типовой расчёт.
Рекомендуется читать этот предмет на 2-3 курсе. Для изучения данной
дисциплины студенту необходимы знания, полученные при изучении разделов
«Ряды», «Множества и операции над ними», «Дифференциальное и
интегральное исчисления» курса высшей математики.
В результате освоения курса «Теория вероятностей и математическая
статистика» студент должен:
знать:
- основные факты, лежащие в основе построения теории вероятностей;
- основные положения и теоремы теории вероятностей и математической
статистики;
уметь характеризовать:
- специфику математических моделей для типичных случайных явлений;
- связь вероятностных закономерностей со случайными явлениями на практике;
уметь анализировать:
- роль вероятностных методов в решении важных для приложений задач;
- специфику возникающих задач и их связь с известными вероятностными;
приобрести навыки:
- вероятностного анализа радиотехнических систем и сетей;
- расчета надежности, долговечности конструкций, радиотехнических систем;
- анализа и моделирования случайных явлений, возникающих при решении
практических задач;
- использования вероятностных и статистических методов, необходимых для
решения задач;
- ориентирования в имеющейся литературе по теории вероятности,
математической статистике и случайным процессам.
43
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. СЛУЧАЙНЫЕ СОБЫТИЯ
Тема 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ ВЕРОЯТНОСТЕЙ
Введение. Основные понятия теории вероятностей. Случайные события,
их классификация, операции над событиями.
Тема 2. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙ
Аксиомы теории вероятностей. Классическое и
геометрическое
определение вероятности. Основные комбинаторные формулы.
Тема 3. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕМЫ
Теоремы сложения и умножения вероятностей. Формула полной
вероятности. Формула Байеса. Теорема о повторении опытов.
Раздел 2. СЛУЧАЙНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ
Тема 4. ДИСКРЕТНАЯ СЛУЧАЙНАЯ ВЕЛИЧИНА
Определение и классификация случайных величин.
Дискретная
случайная величина. Ряд распределения вероятностей и его свойства. Функция
распределения дискретной случайной величины.
Тема 5. НЕПРЕРЫВНАЯ СЛУЧАЙНАЯ ВЕЛИЧИНА
Непрерывная случайная величина. Функция распределения. Плотность
распределения случайной величины и ее свойства.
Тема 6. ЧИСЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СКАЛЯРНЫХ СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН
Начальные и центральные моменты. Математическое ожидание,
дисперсия, среднее квадратическое отклонение и их свойства. Мода, медиана,
квантиль.
Тема 7. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН
Биномиальный, пуассоновский,
нормальный законы распределения.
экспоненциальный,
равномерный,
Тема 8. ВЕКТОРНЫЕ СЛУЧАЙНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ
Векторные случайные величины. Функция распределения, матрица
вероятностей и плотность распределения векторных случайных величин.
Условные законы распределения. Зависимые и независимые случайные
величины.
44
Тема 9. ЧИСЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЕКТОРНЫХ СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН
Начальные и центральные моменты.
коэффициент корреляции и их свойства.
Корреляционный
момент,
Тема 10. ЗАКОН РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ФУНКЦИИ СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН
Закон распределения монотонных и немонотонных функций случайного
аргумента. Композиция законов распределения.
Тема 11. ЧИСЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФУНКЦИЙ СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН
Начальные и центральные моменты функций случайных величин.
Теоремы о математическом ожидании и дисперсии суммы и произведения
случайных величин.
Тема 12. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ТЕОРЕМЫ
Неравенство и теоремы Чебышева. Центральная предельная теорема.
Локальная и интегральная теоремы Муавра-Лапласа.
Раздел 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ СТАТИСТИКА
Тема 13. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Основные понятия математической статистики. Генеральная и
выборочная совокупности. Вариационный ряд. Эмпирическая функция
распределения. Гистограмма.
Тема 14. ТОЧЕЧНЫЕ ОЦЕНКИ
Точечные оценки числовых характеристик, метод моментов, метод
наибольшего правдоподобия.
Тема 15. ИНТЕРВАЛЬНЫЕ ОЦЕНКИ
Интервальные оценки параметров распределений. Доверительная
вероятность. Доверительные интервалы для вероятности, математического
ожидания и дисперсии.
Тема 16. ТЕОРИЯ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ПРОВЕРКИ ГИПОТЕЗ
Статистическая проверка гипотез. Ошибки, допускаемые при проверке
гипотез. Методика проверки гипотез на основе критериев значимости.
Критерии согласия Пирсона.
Тема 17. ЭЛЕМЕНТЫ РЕГРЕССИОННОГО И КОРРЕЛЯЦИОННОГО АНАЛИЗА
Линейная регрессия. Метод наименьших квадратов. Коэффициент
корреляции (оценки).
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Случайные события и их соотношение. Классическое и геометрическое
определение вероятностей.
45
Теоремы сложения и умножения вероятностей.
Формула полной вероятности. Формула Байеса.
Теорема повторения независимых опытов.
Дискретные случайные величины. Ряд
распределения вероятностей.
Функция распределения.
6. Непрерывные случайные величины. Функция распределения и плотность
вероятности.
7. Числовые характеристики случайной величины.
8. Типовые законы распределения вероятностей.
9. Матрица вероятностей, функция и плотность распределения.
10. Условные законы распределения вероятностей. Зависимые и независимые
случайные величины.
11. Закон распределения функций случайных величин.
12. Числовые характеристики векторной случайной величины.
13. Равновероятностный и равноинтервальный методы построения гистограмм.
14. Точечные оценки, методы получения.
15. Интервальные оценки.
16. Критерии согласия Пирсона и Колмогорова.
17. Метод наименьших квадратов.
2.
3.
4.
5.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные
приложения. - М: Наука, 1988.
2. Герасимович А.И. Математическая статистика. - Мн.: Высш. шк., 1983.
3. Гурский Е.И. Сборник задач по теории вероятностей и математической
статистике. - Мн.: Высш. шк., 1984.
4. Жевняк Р.М., Карпук А.А. Высшая математика. Ч. 5. - Мн.: Высш. шк.,
1988.
5. Сборник задач по теории вероятностей, математической статистике и
теории случайных функций / Под ред. А.А. Свешникова. - М.: Наука, 1970.
6. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и
математической статистики для технических приложений. - М.: Наука,
1969.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. - М.: Радио и связь, 1982.
2. Сборник индивидуальных заданий по теории вероятностей и
математической статистике / Под ред. А.П. Ребушко. - Мн.: Высш. шк.,
1992.
46
Утверждена
Министерством образования
Республики Беларусь
« 24 » июня 2001 г.
Регистрационный № ТД- 122/ тип
IV. ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТЯМ ЭЛЕКТРОРАДИОТЕХНИКИ И ИНФОРМАТИКИ
47
Составитель:
В.М. Сурин - заведующий кафедрой технической механики Белорусского
государственного университета информатики и радиоэлектроники, доктор
технических наук, профессор.
Рецензенты:
Кафедра деталей машин, подъемно-транспортных машин и механизмов
Белорусской государственной политехнической академии (протокол № 3 от 9
ноября 2000 г.);
Ю.В. Чигарев - заведующий кафедрой теоретической механики и теории
механизмов и машин Белорусского государственного аграрно-технического
университета, доктор физико-математических наук, профессор.
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой технической механики Белорусского государственного университета
информатики и радиоэлектроники (протокол № 2 от 23 октября 2000 г.);
Советом Белорусского государственного университета информатики и
радиоэлектроники (протокол № 4 от 23 ноября 2000 г.).
Согласована с:
Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по
образованию в области электрорадиотехники и информатики;
Главным управлением высшего и среднего специального образования;
Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса
Республиканского института высшей школы БГУ.
48
ПРЕДМЕТ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Предметом изучения в данном курсе являются элементы, механические
узлы и передачи, применяемые в современных электронных вычислительных и
радиотехнических системах.
Цель курса – изучение общих методов анализа и синтеза механических
устройств, изучение способов расчета и конструирования механизмов с учетом
выполнения ими заданного функционального назначения, требований точности,
технологичности и надежности. Задачей курса является получение студентами
навыков по расчету и конструированию типовых механических устройств,
используемых в электронно-вычислительной аппаратуре и радиотехнических
системах.
Программа составлена в соответствии с требованиями образовательных
стандартов и рассчитана на объем 90 учебных часов. Примерное распределение
учебных часов по видам занятий: лекций - 54 часа; лабораторных работ - 18
часов; практических занятий - 18 часов, курсовое проектирование.
Студент в результате изучения курса должен уметь:
- оценивать работоспособность деталей по критериям точности и прочности;
- самостоятельно конструировать простейшие механические узлы электронновычислительной аппаратуры и радиотехнических систем;
- самостоятельно подбирать справочную литературу, ГОСТы, необходимый
вспомогательный материал (прототипы конструкций);
- при конструировании учитывать требования собираемости, технологичности,
стандартизации, охраны труда, экономичности;
- уметь оформлять документацию в соответствии с требованиями ЕСКД и
ЕСТД;
- при выполнении расчетов самостоятельно составлять простейшие алгоритмы
и программы расчетов на ЭВМ, а также пользоваться типовыми программами и
алгоритмами.
Курс базируется на сведениях и знаниях, полученных при изучении
основных общеобразовательных дисциплин, в том числе «Физики», «Высшей
математики», «Инженерной графики». Полученные студентом знания
используются при изучении целого ряда специальных дисциплин, а также при
выполнении курсового и дипломного проектирования по этим дисциплинам.
Программа составлена на основе типовой программы по курсу
«Прикладная механика», № ТД-53/тип, утвержденной 27 декабря 1997 г.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Предмет, цели и задачи курса. Классификация электронновычислительных средств (ЭВС) и радиоэлектронных средств (РЭС).
Механические, электромеханические элементы, блоки и узлы ЭВС и РЭС: их
49
функции, классификация. Особенности режимов работы механических узлов и
блоков: требования по точности, надежности и т.п.
1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ МЕХАНИЗМОВ
Звено, кинематическая пара, кинематическая цепь, механизм.
Кинематические пары и их классификация. Степень подвижности механизмов.
Силы, действующие в механизмах. Учет сил инерции. Трение в
кинематических парах. Угол трения и коэффициент трения. Трение и износ.
2. ОСНОВЫ РАСЧЕТА ТОЧНОСТИ МЕХАНИЗМОВ
Ошибки механизмов и причины их возникновения. Допуски линейных
размеров. Система отверстия, система вала. Виды посадок и их применение.
Обозначение посадок и допусков на чертежах. Погрешности формы и
взаимного расположения поверхностей. Шероховатость. Методы расчета
ошибок механизма. Пути повышения точности механизмов.
3. ОСНОВЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ
Понятия о деформациях и напряжениях. Метод сечений. Допущения,
применяемые при расчетах на прочность. Виды деформаций. Расчеты на
прочность и жесткость при растяжении. Механические характеристики
материалов. Диаграмма напряжений. Твердость материала и ее оценка.
Деформация и напряжения при чистом сдвиге. Геометрические характеристики
сечений. Расчеты на прочность и жесткость при кручении. Виды изгиба.
Изгибающий момент и поперечная сила. Их определение. Построение эпюр
поперечных сил и изгибающих моментов. Расчеты на прочность и жесткость
при изгибе. Концентраторы напряжений. Понятие о контактных напряжениях.
Прочность при переменных напряжениях. Понятия об усталости и пределе
выносливости материалов. Факторы, влияющие на прочность при переменных
напряжениях.
4. КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЕРЕДАТОЧНЫХ МЕХАНИЗМОВ
Классификация передаточных механизмов. Требования, предъявляемые к
механизмам. Материалы, применяемые в механических устройствах ЭВС и
РЭС.
Фрикционные передачи роликами и гибкой связью. Назначение и
особенности конструкций фрикционных передач. Типы фрикционных передач.
Усилия, действующие в них, КПД и точность. Материалы, применяемые в
фрикционных передачах. Расчет фрикционных передач. Виды передач гибкой
связью, выбор гибкого звена.
50
Зубчатые преобразователи движения. Классификация зубчатых передач.
Геометрические расчеты размеров зубчатого колеса. Кинематический анализ
зубчатых передач. Прямозубые и косозубые цилиндрические и конические
передачи и области их применения в ЭВС и РЭС. Силы, действующие в этих
передачах, их расчет. Червячные и винтовые передачи. Геометрия и кинематика
этих передач. Точность зубчатых передач.
Механизмы прерывистого движения. Передачи с неполными зубчатыми
колесами, с храповым и мальтийским механизмами, их применение:
проектирование механизмов прерывистого движения.
Кулачковые и шарнирно-рычажные механизмы: их использование в ЭВС
и РЭС; проектирование и расчет, оценка погрешностей.
Передача винт-гайка. Назначение. Особенности геометрии резьб.
Кинематика.
Валы и оси. Назначение, требования, предъявляемые к валам и осям.
Прочность и жесткость валов и осей. Конструктивные особенности, материалы
валов и осей.
Направляющие вращательного движения. Опоры скольжения, их
конструктивное выполнение, типы. Материалы и смазка опор скольжения.
Опоры качения. Классификация подшипников качения, основные
размеры. Основы подбора и расчета подшипников качения. Крепление опор
качения на валу и в корпусе устройств. Конструктивное выполнение опорных
узлов механических устройств ЭВС и РЭС.
Направляющие для прямолинейного движения. Классификация, условия
движения по направляющим.
Соединения. Классификация, конструкция и методика расчета различных
типов неразъемных и разъемных соединений: сваркой, пайкой, склеиванием,
формовкой, заклепками, резьбовых, штифтовых, шпоночных и шлицевых.
Муфты. Назначение, классификация и краткая характеристика муфт.
Основы подбора и расчета муфт.
Упругие элементы. Назначение и классификация. Материал упругих
элементов. Проектирование и расчеты пружин.
Механизмы внешних устройств ЭВМ: приводы НМД, НМЛ, принтеров,
графопостроителей. Кинематика и основы их расчета (для специальностей
Т 08.02.00; Т 10.03.00).
Механизмы настройки РЭС, механизмы приводов радиолокационных
антенн и ФАР, приводы перемещения носителя в магнитофонах (для
специальностей Т 08.01.00; Т 09.01.00). Понятие о несущих конструкциях ЭВС
и РЭС.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Определение механических характеристик материалов.
2. Исследование напряжений и деформаций при кручении.
3. Исследование напряжений и деформаций при изгибе.
51
4. Исследование точности и характера посадок соединений типа вал-втулка.
5. Исследование моментов трения в опорах качения.
6. Определение геометрических и кинематических параметров деталей
зубчатых передач.
7. Исследование кинематики и геометрии передачи с гибким звеном.
8. Исследование точности зубчатого редуктора.
9. Исследование кинематики, геометрии, сил трения винтового механизма.
Примечание:
Объектами исследований являются узлы, механизмы и детали ЭВС и
РЭС.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
Практические занятия в основном должны быть посвящены решению
задач по темам, рассматриваемым в лекционном курсе. На практических
занятиях должны также демонстрироваться отдельные модели, типовые
конструкции ЭВС и РЭС, а также модели, связанные с решаемыми задачами.
1. Структурный анализ механизмов.
2. Выбор посадок. Оценка зазоров и допусков в соединениях деталей.
3. Расчеты элементов РЭС, ЭВС на деформации: растяжение, сжатие, сдвиг.
4. Расчеты элементов РЭС, ЭВС на деформацию кручения.
5. Расчет элементов РЭС, ЭВС на деформацию изгиба.
6. Выбор кинематической схемы редуктора с учетом условий минимизации
различных параметров.
7. Расчет нереверсивного редуктора на точность.
8. Расчет реверсивного редуктора на точность.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ
Курсовой проект служит для развития у студентов конструкторского
мышления, привития навыков конструирования, а также для закрепления и
углубления знаний по курсу.
Объем проекта: расчетно-пояснительная записка–15-20 листов формата
А4; графическая часть (два листа формата А1) включает общий вид (сборочный
чертеж) механизма и чертежи четырех-шести наиболее оригинальных попарно
сопрягаемых деталей.
1. Разработка конструкции узлов лентопротяжных механизмов.
2. Разработка конструкции узлов приводов.
3. Разработка конструкции приводов рабочего органа графопостроителя.
4. Разработка конструкций исполнительных механизмов РЭС и ЭВС с
фрикционными преобразователями, гибкими связями и т.д.
5. Разработка конструкций механизма настройки РЭС.
52
6. Конструирование несущей части блоков ЭВС и РЭС.
7. Конструирование узлов технологических роботов, манипуляторов и др.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ
1. Расчет и конструирование сборочных чертежей и деталей зубчатых передач
(цилиндрических, конических, червячных).
2. Расчет и конструирование сборочных чертежей и деталей фрикционных
передач.
3. Расчет и конструирование сборочных единиц и деталей подшипников
скольжения и качения.
4. Расчет и конструирование валов и осей.
5. Расчет и конструирование штифтовых и шпоночных соединений.
6. Расчет и конструирование различных типов муфт.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1.
2.
3.
4.
Красковский Е.Я., Дружинин Ю.Л., Филатова Е.М. Расчет и
конструирование механизмов приборов и вычислительных систем. - М.:
Высш. шк., 1991 .
Рощин Г.И. Несущие конструкции и механизмы РЭА. - М.: Высш. шк.,1981.
Элементы приборных устройств. Ч.1, 2/ Под ред. О.Ф. Тищенко. - М.: Высш.
шк., 1982.
Заблонский К.И., Беляев М.С., Телис И.Я. и др. Прикладная механика. Киев: Вища шк.,1984.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Ванторин В.Д. Механизмы приборных и вычислительных систем. - М.:
Высш. шк., 1985.
2. Вопилкин Е.А. Расчеты конструирования механизмов приборов и систем. М.: Высш. шк.,1980.
3. Скойбеда А.Т., Миклашевич А.А., Левковский Е.Н. и др. Прикладная
механика. - Мн.: Выш. шк.,1997.
4. Соломахо В.Л., Томилин Р.И., Цитович Б.В., Юдовин Л.Г. Справочник
конструктора-приборостроителя. Детали и механизмы приборов. - Мн.:
Выш. шк.,1990.
5. Элементы приборных устройств. Курсовое проектирование. Ч.1, 2./ Под.
Ред. О.Ф.Тищенко.–М.: Высш. шк.,1979.
6. Веркович Г.А., Головенкин Е.Н., Голубков В.А. и др. Справочник
конструктора точного приборостроения. / Под общ. ред. К.Н. Явленского. М.: Машиностроение, 1989.
53
7. Савета Н.Н. Периферийные устройства ЭВМ. - М.: Машиностроение,1987.
54
Утверждена
Министерством образования
Республики Беларусь
« 24 » июня 2001 г.
Регистрационный № ТД- 123/ тип
V. НАЧЕРТАТЕЛЬНАЯ ГЕОМЕТРИЯ И ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТЯМ ЭЛЕКТРОРАДИОТЕХНИКИ И ИНФОРМАТИКИ
55
Составители:
В.А. Столер – заведующий кафедрой инженерной графики Белорусского
государственного университета информатики и радиоэлектроники, кандидат
технических наук, доцент;
В.В. Скурко – профессор кафедры технической механики Белорусского
государственного университета информатики и радиоэлектроники, кандидат
технических наук;
Г.В. Гринкевич – доцент кафедры технической механики Белорусского
государственного университета информатики и радиоэлектроники, кандидат
технических наук;
С.А. Задруцкий – доцент кафедры технической механики Белорусского
государственного университета информатики и радиоэлектроники, кандидат
технических наук;
М.В. Мисько – доцент кафедры технической механики Белорусского
государственного университета информатики и радиоэлектроники.
Рецензенты:
Кафедра
инженерной
графики
Белорусского
государственного
технологического университета (протокол № 7 от 12 апреля 2000 г.);
Л.С.
Шабека
–
заведующий
кафедрой
инженерной
графики
машиностроительного профиля Белорусской государственной политехнической
академии, доктор педагогических наук, профессор.
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой инженерной графики Белорусского государственного университета
информатики и радиоэлектроники (протокол № 3 от 26 сентября 2000 г.);
Советом Белорусского государственного университета информатики и
радиоэлектроники (протокол № 4 от 23 ноября 2000 г.).
Согласована с:
Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по
образованию в области электрорадиотехники и информатики;
Главным управлением высшего и среднего специального образования;
Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса
Республиканского института высшей школы БГУ.
56
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Начертательная геометрия и инженерная графика»
разработана для студентов высших учебных заведений по специальностям
электрорадиотехники и информатики. Она предусматривает изучение курса на
лекциях и практических занятиях, а также посредством самостоятельной
работы студентов.
Начертательная геометрия и инженерная графика – одна из дисциплин,
составляющих основу инженерно-технического образования. Знания, умения и
навыки, приобретенные при изучении дисциплины, необходимы как при
изучении общеинженерных и специальных дисциплин, так и в последующей
инженерной деятельности.
Курс начертательной геометрии и инженерной графики включает основы
начертательной геометрии и технического черчения, в том числе с
использованием ЭВМ.
Предметом изучения являются:
- теоретические основы построения изображений пространственных форм на
плоскости;
- чертежи деталей и сборочных единиц, схемы изделий радиоэлектронной
аппаратуры;
- технические средства выполнения чертежей и схем.
Целью обучения начертательной геометрии и инженерной графике
является твердое усвоение студентами знаний и навыков, необходимых для
выполнения и чтения технических чертежей и схем и решения на чертежах
инженерно-геометрических задач.
Задачи изучения дисциплины:
- развитие способностей к пространственному воображению;
- овладение способами графического решения задач, связанных с
пространственными формами;
- приобретение практических навыков чтения и выполнения чертежей и схем
изделий;
- освоение графических пакетов прикладных программ машинной графики.
Программа составлена в соответствии с требованиями образовательных
стандартов и рассчитана на объем 175 учебных часов. Примерное
распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 51 час, практических
занятий – 124 часа.
В результате освоения курса студент должен:
знать:
- теоретические основы построения графических моделей (изображений)
методом прямоугольного проецирования (включая аксонометрические
проекции);
уметь:
57
- решать позиционные и метрические задачи с пространственными формами на
плоскости;
- строить изображения (виды, разрезы, сечения, аксонометрические проекции)
на чертежах и эскизах изделий с натуры и по чертежу сборочной единицы с
учетом правил и условностей, изложенных в стандартах;
- наносить размеры на чертежах и эскизах деталей и сборочных единиц по
правилам стандартов;
приобрести навыки:
- чтения чертежей деталей и сборочных единиц;
- оформления чертежей деталей, сборочных единиц и схем в соответствии с
требованиями стандартов;
- работы с графическими редакторами на персональных ЭВМ.
Организация занятий по начертательной геометрии и инженерной графике заключается:
- в лекционном изложении курса начертательной геометрии и важнейших тем
технического черчения;
- в решении студентами на практических занятиях задач начертательной
геометрии, выполнении графических работ в карандаше и с применением
средств компьютерной графики;
- в самостоятельном изучении материала по учебникам, справочным пособиям
и стандартам;
- в консультациях по изучаемому материалу.
На лекциях следует рассматривать принципиальные вопросы,
формулировать и доказывать основные положения, рассматривать типовые
задачи, пояснять алгоритмы их решения и графические построения, давать
сведения об автоматизации графических работ. На практических занятиях
следует рассматривать частные случаи, варианты построения.
Для проведения практических занятий по начертательной геометрии и
инженерной графике учебная группа делится на две подгруппы с составом 1215 человек в каждой.
При изучении элементов начертательной геометрии рекомендуется
предусматривать не менее двух аудиторных контрольных графических работ
по индивидуальным заданиям (в том числе и с помощью ЭВМ), домашние
задания. Целесообразно применять рабочие тетради с условием задач и местом
для геометрических построений. По техническому черчению особое внимание
следует уделять изучению стандартов, как основных документов разработки и
оформления чертежей и схем. Графические работы должны содержать
элементы конструирования. Сборочные единицы, узлы конструкций и схемы,
предлагаемые студентам для работы, следует выбирать из образцов
современной радиоэлектронной аппаратуры.
Учебный процесс (лекции и практические занятия) необходимо строить с
максимальным привлечением ЭВМ. Целесообразно создавать классы
персональных ЭВМ. Кабинеты начертательной геометрии, чертежные залы и
58
классы машинной графики должны быть оснащены моделями, плакатами,
необходимыми учебными пособиями и техническими средствами. При
выполнении графических работ средствами компьютерной графики
рекомендуется предусмотреть индивидуальную работу на ПЭВМ (один студент
за компьютером).
Графические работы студентов следует принимать с защитой их
исполнителем, что развивает инженерное мышление студентов, способствует
овладению ими технической терминологией, стимулирует их самостоятельную
работу с литературой и позволяет осуществлять текущий контроль знаний.
Проверка усвоения предмета проводится в форме экзамена или зачета с
дифференцированной оценкой. Оценка на зачете выводится на основании
решения проверочного задания и ответов на вопросы. Также учитывается
качество графических работ, выполненных студентом в семестре.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. НАЧЕРТАТЕЛЬНАЯ ГЕОМЕТРИЯ
Тема 1. МЕТОД ПРОЕЦИРОВАНИЯ
1.1. Предмет начертательной геометрии. Центральное, параллельное,
прямоугольное проецирование. Основные свойства. Проецирование на две и
три плоскости проекций. Образование чертежа. Обратимость чертежа.
Аксонометрия (основные понятия).
Тема 2. ЧЕРТЕЖИ ОСНОВНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ФИГУР
2.1. Точка. Изображение на чертеже. Прямоугольные координаты точки.
2.2. Прямая. Задание и изображение на чертеже. Положение относительно
плоскостей проекций. Следы прямой. Изображение пересекающихся,
параллельных и скрещивающихся прямых. Теорема о проецировании прямого
угла.
2.3. Плоскость. Задание и изображение на чертеже. Положение
относительно плоскостей проекций. Следы плоскости.
2.4. Простейшие поверхности. Задание и изображение на чертеже.
Тема 3. ПОЗИЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ
3.1. Определение позиционных задач. Относительное положение точки и
плоскости. Прямые в плоскости. Главные прямые плоскости. Относительное
положение точки и поверхности, линии и поверхности. Алгоритмы решения
задач.
3.2. Относительное положение плоскостей. Пересекающиеся плоскости.
Параллельные плоскости. Взаимно перпендикулярные плоскости. Пересечение
гранных поверхностей и поверхностей вращения плоскостью.
3.3. Взаимное пересечение поверхностей (применение секущих
плоскостей уровня и секущих сфер). Частные случаи взаимного пересечения
поверхностей.
59
3.4. Пересечение прямой с плоскостью. Перпендикулярные прямая и
плоскость, параллельные прямая и плоскость. Пересечение гранных
поверхностей и поверхностей вращения прямой линией.
Тема 4. СПОСОБЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЧЕРТЕЖА
4.1. Способ замены плоскостей
способа. Алгоритмы решения.
проекций. Четыре основные задачи
Тема 5. МЕТРИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ
5.1. Определение. Группы метрических задач. Определение расстояний,
углов, действительной величины плоской фигуры, части поверхности.
Алгоритм решения метрических задач.
5.2. Понятие о развертках. Развертки гранных, цилиндрических,
конических и сферических поверхностей.
Тема 6. ПОВЕРХНОСТИ
6.1. Классификация. Определитель поверхности. Каркасный и
кинематический способы задания поверхностей. Изображение поверхности на
чертеже проекциями геометрических элементов определителя. Линейчатые
поверхности с одной, двумя или тремя направляющими. Позиционные задачи с
линейчатыми поверхностями.
6.2. Конические и цилиндрические поверхности общего вида (торсы).
Поверхности вращения: сферическая, коническая, цилиндрическая, торовая.
Винтовые поверхности.
Тема 7. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ НАЧЕРТАТЕЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ НА ЭВМ
7.1. Основные графические операции и их аналитические эквиваленты.
Алгоритмы решения задач и алгоритмы графических построений.
Раздел 2. ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА
Тема 8. ГРАФИЧЕСКОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
8.1. Конструкторская документация. Единая система конструкторской
документации, стандарты ЕСКД. Чертежи в системе ЕСКД. Основные
требования стандартов к графическому оформлению чертежей. Форматы.
Масштабы. Линии. Шрифты чертежные. Графические обозначения материалов
и правила их нанесения на чертежах. Основные надписи.
Тема 9. ИЗОБРАЖЕНИЕ ПРЕДМЕТОВ НА ЧЕРТЕЖАХ
9.1. Виды, разрезы, сечения. Условности и упрощения. Выносные
элементы. Компоновка чертежа. Надписи и обозначения на чертеже. Нанесение
размеров.
9.2. Стандартные аксонометрические проекции. Окружность в
аксонометрической проекции, штриховка.
60
Тема 10.ИЗОБРАЖЕНИЕ СОЕДИНЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ
10.1. Разъемные и неразъемные соединения. Резьбовые соединения.
Основные параметры резьбы. Цилиндрические и конические резьбы.
Изображение и обозначение резьбовых соединений.
10.2. Изображение и обозначение соединений пайкой, склеиванием,
сваркой. Соединение опрессовкой. Соединение заклепками.
Тема 11. ЧЕРТЕЖИ ДЕТАЛЕЙ
11.1. Правила выполнения чертежей деталей. Условности и упрощения
при выполнении чертежей деталей. Нанесение размеров, надписей, технических
требований и таблиц на чертежах деталей.
11.2. Эскизирование деталей с натуры.
11.3. Деталирование чертежа сборочной единицы радиоэлектронной
аппаратуры. Чтение чертежа сборочной единицы.
11.4. Стандартизованные элементы деталей. Чертежи деталей со
стандартными изображениями. Правила выполнения чертежей печатных плат.
Правила упрощенного нанесения размеров отверстий.
Тема 12. ЧЕРТЕЖ СБОРОЧНОЙ ЕДИНИЦЫ
12.1. Основные требования к чертежам сборочной единицы. Условности
и упрощения при выполнении чертежа сборочной единицы. Упрощенные и
условные изображения крепежных деталей. Нанесение размеров, надписей,
технических требований и таблиц. Спецификация.
12.2. Сборочный чертеж печатного узла. Правила выполнения чертежей
изделий, изготавливаемых с применением электрического монтажа. Правила
выполнения чертежей изделий с электрическими обмотками. Условное
изображение сердечников магнитопроводов.
Тема 13. СХЕМЫ
13.1. Виды и типы схем. Правила выполнения электрических схем.
Условные графические изображения и обозначения элементов электрических
схем. Перечень элементов.
13.2. Схемы алгоритмов и программ. Правила выполнения. Условные
графические изображения элементов схем.
Раздел 3. ВЫПОЛНЕНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ И СХЕМ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭВМ
Тема 14. АВТОМАТИЗАЦИЯ ГРАФИЧЕСКИХ РАБОТ
14.1. Понятие о системах автоматизированного проектирования (САПР).
Технические средства и программное обеспечение САПР.
14.2. Характеристика графической компьютерной
системы,
функционирующей в вузе: устройства ввода, вывода, отображения и хранения
61
графической информации, пакет прикладных графических программ
(рекомендуется AutoCAD).
14.3. Формирование чертежа на экране дисплея: построение
изображений, их редактирование, простановка размеров, выполнение
текстовых составляющих конструкторского документа, использование
системной библиотеки стандартных и типовых элементов чертежей и схем.
14.4. Получение твердой копии чертежа. Ознакомление с устройством и
работой графопостроителя.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Решение задач начертательной геометрии по темам 1-8 в рабочих тетрадях.
2. Решение задач начертательной геометрии на ПЭВМ.
3. Графическая работа. Построить виды, разрезы, сечения, аксонометрическую
проекцию предмета.
4. Графическая работа. Изображение соединений деталей.
5. Графическая работа. Чертежи деталей.
6. Графическая работа. Сборочный чертеж.
7. Графическая работа. Формирование элементов чертежа средствами
компьютерной графики.
8. Графическая работа. Построение изображений предмета средствами
компьютерной графики.
9. Графическая работа. Выполнение чертежей деталей средствами
компьютерной графики.
10. Графическая работа. Выполнение чертежа простейшей сборочной единицы
средствами компьютерной графики.
11. Графическая работа. Выполнение электрических схем, схем алгоритмов и
программ средствами компьютерной графики.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Гордон В.О., Семенцов-Огиевский М.А. Курс начертательной геометрии. –
М.: Наука, 1988.
2. Чекмарев А.А. Инженерная графика. – М.: Высш. шк., 1988.
3. Фролов С.А. Начертательная геометрия. – М.: Машиностроение, 1983.
4. Арустамов Х.А. Сборник задач по начертательной геометрии. – М.:
Машиностроение, 1978.
5. Левицкий В.С. Машиностроительное черчение. – М.: Высш. шк., 1988.
6. Фролов С.А., Воинов А.В., Феоктистова Е.Д. Машиностроительное
черчение. – М.: Машиностроение,1981.
7. Романычева Э.Т., Иванова А.К., Куликов А.С. и др. Инженерная и
компьютерная графика. – М.: Высш.шк., 1996.
62
8.
Государственные стандарты.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Попова Г.Н., Алексеев С.Ю. Машиностроительное черчение: Справочник. –
Л.: Машиностроение, 1986.
2. Федоренко В.А., Шошин А.И. Справочник по машиностроительному
черчению. – Л.: Машиностроение, 1981.
Другие учебно-методические разработки указываются при составлении
рабочих программ.
63
64
Утверждена
Министерством образования
Республики Беларусь
« 24 » июня 2001 г.
Регистрационный № ТД -124 / тип
VI. ПРОГРАММИРОВАНИЕ
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТЯМ ЭЛЕКТРОРАДИОТЕХНИКИ И ИНФОРМАТИКИ
65
Составители:
А.К. Синицын - заведующий кафедрой вычислительных методов и
программирования
Белорусского
государственного
университета
информатики и радиоэлектроники, доктор физико-математических наук,
профессор;
С.В. Колосов - профессор кафедры вычислительных методов и
программирования Белорусского государственного университета информатики
и радиоэлектроники, доктор физико-математических наук;
А.А. Бурцев - доцент кафедры вычислительных методов и программирования
Белорусского
государственного
университета
информатики
и
радиоэлектроники, кандидат технических наук.
Рецензенты:
Кафедра математического обеспечения Белорусского государственного
университета (протокол № 8 от 1 июня 2000 г.);
Б.М. Киселев - доцент кафедры информационных технологий Белорусского
аграрного технического университета, кандидат технических наук.
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой вычислительных методов и программирования Белорусского
государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол
№ 2 от 30 октября 2000 г.);
Советом Белорусского государственного университета информатики и
радиоэлектроники (протокол № 4 от 23 ноября 2000 г.).
Согласована с:
Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по
образованию в области электрорадиотехники и информатики;
Главным управлением высшего и среднего специального образования;
Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса
Республиканского института высшей школы БГУ.
66
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Программирование» разработана для студентов
технических высших учебных заведений.
Целью изучения дисциплины является ознакомление с операционной
системой ПЭВМ, овладение современным языком программирования Паскаль,
получения практических навыков составления и отладки программ в системе
программирования Delphi, изучение основных алгоритмов вычислительной
математики и получение практических навыков их программирования.
Подготовка современного специалиста требует уверенного владения
возможностями, предоставляемыми компьютерными технологиями. Настоящий
курс обеспечивает начальную подготовку студентов навыкам работы на
персональном компьютере. Язык Паскаль в свое время был создан специально
для начального обучения программированию, поэтому он является основным в
данном курсе. В инженерной подготовке очень важно умение производить
расчеты, связанные с решением задач вычислительной математики, которые
реализованы в целом ряде стандартных пакетов, таких как, например,
MATKAD, MATLAB и др. Для уверенного владения этими пакетами
необходимо знать, что заложено в их основе. Поэтому закрепление навыков
программирования в данном курсе осуществляется на основе изучения и
реализации в виде программ на языке Паскаль основных алгоритмов
вычислительной математики.
Программа составлена в соответствии с требованиями образовательных
стандартов и рассчитана на объем 140-170 учебных часов. Примерное
распределение учебных часов по видам занятий при объеме 140 часов: лекций –
70 часов, лабораторных работ – 70; при объеме 170 часов: лекций – 85 часов,
лабораторных работ – 70.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
- знать современное состояние алгоритмического языка Паскаль;
- уметь выполнять алгоритмизацию и программирование инженерных задач;
- получить навыки отладки программ;
- использовать имеющееся программное обеспечение;
- знать наиболее эффективные и часто используемые на практике численные
методы решения инженерных задач;
- уметь использовать имеющееся математическое обеспечение.
67
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ЯЗЫК ПАСКАЛЬ (СИСТЕМА ПРОГРАММИРОВАНИЯ
DELPHI)
Тема 1. ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ЭВМ. СТРУКТУРА ПЭВМ. КАК РЕШАЮТСЯ
ЗАДАЧИ НА ЭВМ
Тема 2. ФАЙЛОВАЯ СИСТЕМА ХРАНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА ДИСКАХ
2.1. Основы операционной системы.
2.2. Сервисные оболочки NC, проводник.
Тема 3. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЯЗЫКА ПАСКАЛЬ
3.1. Структура программы.
3.2. Базовые элементы. Линейный алгоритм.
Тема 4. ПРОГРАММИРОВАНИЕ РАЗВЕТВЛЯЮЩИХСЯ АЛГОРИТМОВ
4.1. Операторы IF, CASE. Примеры.
Тема 5. ПРОГРАММИРОВАНИЕ ЦИКЛИЧЕСКИХ АЛГОРИТМОВ
5.1. Операторы Repeat, While, For. Примеры программ.
Тема 6. РАБОТА С МАССИВАМИ
6.1.Описание массивов. Ввод-вывод массивов, алгоритмы обработки
массива.
Тема 7. РАБОТА СО СТРОКАМИ
7.1. Основные функции обработки строк, понятия строки, ее описание,
примеры.
Тема 8. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗАПИСЕЙ И МНОЖЕСТВ
Тема 9. ПОДПРОГРАММЫ И БИБЛИОТЕКИ ЯЗЫКА ПАСКАЛЬ
Тема 10. БАЗОВЫЕ АЛГОРИТМЫ И ИХ РЕАЛИЗАЦИЯ
10.1. Суммирование, рекуррентность, сортировка.
Тема 11. РАБОТА С ФАЙЛАМИ
Тема 12. ДИНАМИЧЕСКОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПАМЯТИ. УКАЗАТЕЛИ, СТЕКИ,
ОЧЕРЕДИ
Тема 13. ГРАФИЧЕСКОЕ ОТОБРАЖЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ
68
Тема 14. ПОНЯТИЕ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ
Раздел 2. АЛГОРИТМЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАТЕМАТИКИ
Тема 1. ЧТО ТАКОЕ ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ (ВВЕДЕНИЕ)
Тема 2. ЗАДАЧИ ЛИНЕЙНОЙ АЛГЕБРЫ
2.1. Решение систем линейных алгебраических уравнений. Метод простой
итерации. Метод Зейделя. Метод Гаусса, метод прогонки.
2.2. Проблема нахождения собственных значений
Тема 3. АППРОКСИМАЦИЯ ФУНКЦИЙ
3.1. Интерполяция, среднеквадратичное приближение.
3.2. Метод наименьших квадратов, сплайны.
Тема 4. МЕТОДЫ ЧИСЛЕННОГО ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЯ И ИНТЕГРИРОВАНИЯ
4.1. Формулы средних трапеций, Симпсона, Гаусса.
Тема 5. РЕШЕНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ УРАВНЕНИЙ
5.1. Методы дихотомии, простой итерации, Ньютона, Вегстейна, парабол.
Тема 6. МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ
6.1. Постановка задач оптимизации, их классификация.
6.2. Методы нахождения минимума функции одной переменной:
дихотомия, золотого сечения, последовательного перебора, парабол.
6.3. Методы нахождения безусловного минимума функции многих
переменных: покоординатного спуска, Нелдера-Мидта, градиентные методы.
Тема 7. ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ
7.1. Понятие метода сеток.
7.2. Методы решения задачи Коши: Эйлера, неявная схема 2-го порядка,
Рунге-Кутта, Адамса.
7.3. Решение краевой задачи. Метод стрельбы. Метод прогонки.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Раздел 1. ЯЗЫК ПАСКАЛЬ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Программирование линейных алгоритмов.
Программирование разветвляющихся алгоритмов.
Программирование циклических алгоритмов.
Программирование с использованием массивов.
Использование строковых переменных.
Использование записей и файлов.
69
7. Использование подпрограмм и модулей.
8. Использование средств для отображения графической информации.
Раздел 2. АЛГОРИТМЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАТЕМАТИКИ
1. Составление и отладка программ реализации алгоритмов решения
систелинейных алгебраических уравнений. Алгоритмы метода Гаусса,
прогонки, квадратного корня, простой итерации, Зейделя.
2. Составление и отладка программы по методам аппроксимации
функций.Алгоритмы интерполяции и метода наименьших квадратов.
3. Составление
и
отладка
программ
по
формулам
численного
дифференцирования и интегрирования. Алгоритмы методов средних
трапеций, Симпсона, Гаусса.
4. Составление и отладка программ по методам решения нелинейных
уравнений. Алгоритмы дихотомии, простой итерации, Ньютона, секущих,
Вегстейна, квадратичной параболы.
5. Составление программ нахождения минимума функции одной переменной.
Алгоритмы методов золотого сечения, последовательного спуска,
квадратичной и кубической параболы.
6. Составление и отладка программ по методам решения дифференциальных
уравнений. Алгоритмы методов Эйлера, Рунге-Кутта, Адамса.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Фаронов В.В. Паскаль и Windows. - М.: МВТУ-Фесто-Дидактик, 1995.
2. Фаронов В.В. Delphi 4: Учебный курс. - М.,1999.
3. Дарахвенидзе П., Марков Е. Delphi - среда визуального программирования. СПб.,1996.
4. Фёдоров А.Г. Delphi 3.0 для всех. – М.: Компьютер- пресс, 1998.
5. Калиткин Н.Н. Численные методы. - М.: Наука, 1978.
6. Волков Е.А. Численные методы. - М.: Наука, 1982.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Скляров В.А. Программное и лингвистическое обеспечение ПЭВМ. - Мн.:
Выш. шк., 1992.
2. Шумаков П.В., Даронов В.В. Технология разработки приложений баз
данных на Delphi 4 . - М.: Наука, 2000.
3. Дарахвенидзе П., Марков Е. Delphi 4 - среда визуального
программирования.- Киев, М., СПб., 1998.
4. Турот П. и др. Супербиблия Delphi 3. - Киев, 1997.
5. Чепкин Д. Разработка Internet-приложений в Delphi-2. - Киев, 1997.
6. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. - М.: Наука, 1980.
70
7. Самарский А.А. Введение в численные методы. - М.: Наука, 1982.
8. Банди Б. Методы оптимизации. - М.: Радио и связь, 1988.
9. Программирование в среде Delphi: Лаб. практикум / Под общ. ред. А.К Синицына. - Мн.: БГУИР, 1998.
10. Лабораторный практикум по программированию. Ч. 1,2. / Под общ. ред.
С.В. Колосова.- Мн.: МРТИ, 1994.
11. Практикум по курсу «Алгоритмы вычислительной математики»: Учеб.
пособие для студентов всех спец. - Мн., 1997.
12. Синицын А.К. Практикум по курсу «Алгоритмы вычислительной
математики». - Мн.: БГУИР, 2000.
71
72
Утверждена
Министерством образования
Республики Беларусь
« 24 » июня 2001 г.
Регистрационный № ТД - 125 / тип
VII. ХИМИЯ
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТЯМ ЭЛЕКТРОРАДИОТЕХНИКИ И ИНФОРМАТИКИ
73
Составители:
И.В. Боднарь – заведующий кафедрой химии Белорусского государственного
университета информатики и радиоэлектроники, доктор химических наук,
профессор;
А.П. Молочко – доцент кафедры химии Белорусского государственного
университета информатики и радиоэлектроники, кандидат технических наук;
Н.П. Соловей - доцент кафедры химии Белорусского государственного
университета информатики и радиоэлектроники, кандидат технических наук.
Рецензенты:
Кафедра физической и коллоидной химии Белорусского государственного
технологического университета (протокол № 11 от 25 мая 2000 г.);
Л.А. Мечковский - кандидат химических наук, доцент кафедры физической
химии Белорусского государственного университета.
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой химии Белорусского государственного университета информатики и
радиоэлектроники (протокол № 10 от 17 апреля 2000 г.);
Советом Белорусского государственного университета информатики и
радиоэлектроники (протокол № 4 от 23 ноября 2000 г.).
Согласована с:
Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по
образованию в области электрорадиотехники и информатики;
Главным управлением высшего и среднего специального образования;
Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса
Республиканского института высшей школы БГУ.
74
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ «ХИМИЯ» И ЕЕ
МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
Типовая
программа
«Химия»
разработана
для
технических
специальностей высших учебных заведений следующих профилей:
микроэлектроника, медицинская электроника, электронное аппаратостроение,
производство и технология РЭС и ЭВС, радиотехника, вычислительная
техника.
Химия - одна из фундаментальных естественных наук, знание которой
необходимо для плодотворной творческой деятельности современного
инженера любой специальности.
Интересы микроэлектроники, электро- и радиоэлектроники, вакуумной
техники, технологии производства радиоэлектронных и электронновычислительных систем, систем связи, полупроводниковых приборов и
приборов автоматики и телемеханики требуют от химической науки новых
конструкционных материалов, полупроводниковых материалов и диэлектриков,
сверхпроводников, компонентов и прецизионных сплавов с комплексом
оптимальных, порой уникальных физико-химических и электрофизических
свойств.
Особенностью современного развития РЭ и ВТ является непрерывная
смена поколений РЭС и ЭВС, этот процесс базируется как на внедрении все
более совершенных устройств в аппаратуру, так и на использовании новых
технологических методов и процессов производства, в основе которых лежат
физико-химические процессы и закономерности. Трудности выявления
некоторых из них связаны с недостаточным уровнем знаний о степени их
влияния на качество конструкционных материалов и приборов в целом.
С другой стороны, качество приборов, стабильность их характеристик
зависят не только от правильного выбора материалов с учетом их
термодинамической совместимости, но и от характера взаимодействия их с
окружающей средой, природы физико-химических явлений и процессов,
протекающих на их поверхности.
Современный инженер должен обладать фундаментальными знаниями,
позволяющими ему самостоятельно разобраться в специальных вопросах,
решать комплексные сложные проблемы, используя новейшие достижения в
области смежных наук и грамотно выдвигать перед другими специалистами
определенные технические задачи.
Понимание химических законов и процессов помогает инженеру в
решении экологических проблем.
Программа состоит из четырех разделов, три из которых охватывают
содержание общих, фундаментальных вопросов химии. Содержание четвертого
раздела связано со специальными вопросами химии конструкционных
материалов.
75
Программа составлена в соответствии с требованиями образовательных
стандартов и рассчитана на объемы 35-120 учебных часов. Примерное
распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 18 часов,
лабораторных – 17 часов или лекций – 85 часов, лабораторных – 17 часов,
практических занятий – 17 часов соответственно.
На основе данной программы разрабатываются программы курсов химии
в соответствии со специальностью и количеством часов, отведенных на ее
изучение. При этом допускается изменение последовательности изложения
отдельных разделов и их объема. В лекциях рекомендуется излагать не все
вопросы программы, а наиболее важные с учетом специальности студентов, а
также недостаточно освещенные в учебной литературе.
Второй составной частью учебного процесса в курсе химии является
лабораторный практикум, а для отдельных специальностей и практические
занятия. Основная цель этих видов занятий состоит в закреплении
теоретического материала приобретении навыков экспериментирования,
обработки экспериментальных данных и их анализа, ответственности за
полученные результаты.
В результате изучения дисциплины студент должен:
иметь представление:
- о роли химии в различных областях науки и техники, в том числе
электроники, радиотехники, информатики;
- об общих физико-химических закономерностях, отражающих взаимосвязь
между составом, структурой и свойствами материалов;
- об основных закономерностях протекания химических и физико-химических
процессов;
знать и уметь использовать:
- основные теоретические положения курса при изучении спецдисциплин:
технология интегральных МС, РЭС, ЭВС, электронно-оптическое аппаратостроение,
медицинская
электроника,
материаловедение,
материалы
электронной техники и др.;
- основные химические и термодинамические законы при определении
термодинамической совместимости материалов при конструировании приборов
и систем твердотельной электроники, установлении условий протекания
желательных процессов и факторов, снижающих вероятность и скорость
протекания нежелательных процессов;
иметь навыки:
- в описании состава, структуры и свойств простых и сложных соединений
конструкционных материалов;
- расчета энергетических эффектов процессов и термодинамической
вероятности их протекания;
- оценки скорости физико-химических процессов и зависимости ее от
различных факторов;
76
- построения и анализа диаграмм состояния металлических и
полупроводниковых систем, выбора конкретных условий синтеза материалов с
заданными свойствами.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Химия как раздел естествознания и связь ее с другими науками. Роль
химии в развитии современной техники, материаловедения, экологического
образования и воспитания. Основные законы химии в свете современных
представлений.
Раздел 1. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ
Тема 1. ЭНЕРГЕТИКА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И
НАПРАВЛЕННОСТЬ ИХ ПРОТЕКАНИЯ
Химическая термодинамическая система и процессы. Основные понятия
и определения химической термодинамики. Внутренняя энергия и энтальпия
системы. 1-й закон термодинамики. Расчет энергетических эффектов
процессов: законы Лавуазье-Лапласса и Гесса. Зависимость энергетических
эффектов от температуры, закон Кирхгоффа. Работа термодинамических
процессов.
2-й
закон термодинамики. Энтропия системы и ее
изменение.
Термодинамические потенциалы или свободная энергия Гиббса и Гельмгольца.
Критерии направленности самопроизвольных процессов. Характеристические
термодинамические функции, уравнение Гиббса-Гельмгольца.
Открытые термодинамические системы, химический потенциал и его
изменение. Тепловая теорема Нернста, 3-й закон термодинамики.
Термодинамическая совместимость материалов.
Тема 2. КИНЕТИКА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.
ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
Гомогенные и гетерогенные процессы и их скорость. Зависимость
скорости гомогенных процессов от концентрации (парциальных давлений),
закон действующих масс. Гетерогенные процессы и их многостадийность.
Процессы с диффузионным и кинетическим контролем. Влияние температуры
на скорость, правило Вант-Гоффа, уравнение Аррениуса. Энергия активации
процесса. Влияние катализатора. Кинетические условия наступления
равновесия, константа равновесия. Условие смещения химического равновесия,
принцип Ле Шателье. Зависимость константы равновесия от температуры
уравнения изотермы, изобары и изохоры химической реакции.
77
Тема 3. РЕАКЦИИ В РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
Общие представления о растворах и их классификация. Жидкие и
твердые растворы. Способы выражения концентраций. Растворы электролитов
и их количественные характеристики: слабые и сильные электролиты. Закон
разбавления Оствальда. Ионное произведение воды, водородный показатель
(рН). Сильные электролиты, ионная сила электролитов, активность ионов.
Реакции в растворах электролитов: обмена, гидролиза, окислительновосстановительные.
Комплексные
соединения,
структура,
свойства.
Устойчивость
комплексных соединений, константа нестойкости. Применение в технике.
Тема 4. КИНЕТИКА И ТЕРМОДИНАМИКА
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Сущность электрохимических процессов и условия их протекания.
Электродные процессы и потенциалы. Классификация электродов и расчет их
потенциалов, уравнение Нернста. Термодинамика гальванического элемента.
Химические и концентрационные гальванические элементы. Явления
поляризации и деполяризации.
Процессы электролиза водных растворов и расплавов электролитов на
инертных и активных электродах. Скорость процессов электролиза,
поляризация и перенапряжение при электролизе. Законы электролиза.
Применение электрохимических процессов в технике: химические
источники тока - первичные и аккумуляторы. Получение электрической
энергии и экологические проблемы. Топливные элементы, водородная
энергетика. Гальванотехника и гальваностегия. Электрохимическое травление.
Хемотронные устройства и их использование.
Тема 5. КИНЕТИКА И ТЕРМОДИНАМИКА КОРРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ
Коррозия металлов и термодинамические условия ее протекания.
Химическая и электрохимическая коррозия. Скорость коррозионных процессов.
Активаторы и ингибиторы коррозии. Химические и электрохимические методы
защиты от коррозии. Вопросы экономии материалов, повышения надежности и
долговечности приборов и оборудования.
Тема 6. ТЕРМОДИНАМИКА ПОВЕРХНОСТНЫХ ЯВЛЕНИЙ
Особенности состояния поверхности на границе раздела фаз.
Поверхностное натяжение, свободная энергия поверхности, уравнение ГиббсаГельмгольца. Адсорбция: физическая и химическая. Влияние адсорбции паров
воды и газов на электрофизические характеристики приборов. Геттеры и
использование их в электровакуумной технике.
78
Раздел 2. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ
АНАЛИЗ
Термодинамические условия фазовых равновесий и переходов.
Уравнение Клаузиуса-Клапейрона. Закон распределения Нернста-Шилова.
Коэффициент распределения и сегрегации. Правило фаз Гиббса.
Комплексный физико-химический анализ и его основные принципы. Р-Т
диаграммы однокомпонентных систем. Термоанализ, Т-Х диаграммы бинарных
систем и их основные типы. Диаграммы с простой эвтектикой, дистектикой и
перитектикой. Диаграммы с ограниченной и неограниченной растворимостью
компонентов в твердом состоянии. Диаграммы состояния полупроводниковых
систем и их значение для микроэлектроники.
Раздел 3. СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА
Тема 1. СОВРЕМЕННАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ АТОМА. СТРУКТУРА
ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ТАБЛИЦЫ ЭЛЕМЕНТОВ
Корпускулярно-волновая природа элементарных частиц. Уравнение ДеБройля и принцип неопределенности Гейзенберга. Квантовые числа.
Многоэлектронные атомы, квантово-механические законы.
Структура периодической таблицы в соответствии со строением атома.
Периодичность свойств элементов: энергия ионизации, сродство к электрону,
электроотрицательность, атомные и ионные радиусы. Классификация
конструкционных материалов по периодической таблице.
Тема 2. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И ЕЕ РЕАЛИЗАЦИЯ В СТРУКТУРЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
Квантово-механическое объяснение ковалентной связи. Метод валентных
схем и молекулярных орбиталей. Основные свойства ковалентной связи:
направленность, насыщаемость, полярность. Дипольные моменты молекул.
Ионная связь: ненаправленность и ненасыщаемость ионной связи.
Металлическая связь. Водородная связь, межмолекулярное взаимодействие.
Агрегатное состояние вещества и характер взаимодействия между
частицами. Кристаллическое состояние и особенности химической связи в
структуре кристаллов. Ионные, ковалентные, металлические и молекулярные
кристаллы. Основные структурные типы и координационные числа.
Особенности химической связи в структуре элементарных и сложных
полупроводников, правила Юм-Розери и Музера-Пирсона.
Раздел 4. ХИМИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Тема 1. ХИМИЯ МЕТАЛЛОВ
Металлы, классификация по периодической таблице. Особенности
структуры, изоморфизм и полиморфизм. Общие физические и химические
79
свойства металлов и их соединений. Легкие и тяжелые конструкционные
металлы и сплавы, применение их в технике.
Тема 2. ХИМИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
Элементарные и сложные полупроводники, классификация по
периодической таблице. Особенности структуры: структурный тип алмаза,
сфалерита, вюрцита. Кремний и германий, нахождение в природе. Методы
получения химически и спектрально чистых кремния и германия. Физические и
химические свойства кремния, германия и их соединений. Физико-химические
методы обработки поверхности полупроводников. Химическое травление.
Тема 3. ХИМИЯ ПОЛИМЕРОВ
Важнейшие классы органических соединений: структура и свойства.
Общие представления о высокомолекулярных соединениях. Методы получения
полимеров. Структура и особенности свойств. Органические полупроводники,
диэлектрики, металлоорганические соединения, пластмассы, компаунды и т.д.
Применение в технологии производства приборов электронной техники и
медицинской электроники.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Актуальные физико-химические
развития химической науки и техники.
проблемы
основных
направлений
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Количественные законы химии. Закон эквивалентов.
2. Энергетические эффекты химических реакций и их расчет.
3. Определение термодинамической возможности протекания самопроизвольных процессов.
4. Основные кинетические законы и уравнения и использование их в
определении скорости химических реакций. Химическое равновесие.
5. Растворы, способы выражения концентраций. Растворы электролитов и
расчет их основных характеристик.
6. Реакции в растворах электролитов: гидролиз солей, ОВР.
7. Электрохимические процессы и явления: гальванические элементы,
электролиз, коррозия.
8. Фазовые равновесия. Правило фаз Гиббса. Термоанализ.
9. Построение и анализ диаграмм состояния бинарных систем.
10. Химические свойства металлов, полупроводников, полимеров.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
1. Определение химических эквивалентов простых и сложных веществ.
80
2. Скорость физико-химических процессов. Химическое равновесие.
3. Определение интегральной теплоты физико-химических процессов
растворения.
4. Электролитическая диссоциация. Гидролиз солей.
5. Окислительно-восстановительные реакции.
6. Электрохимические процессы и явления.
7. Электрохимическая коррозия и методы защиты от коррозии.
8. Закон распределения Нернста-Шилова. Определение коэффициента
распределения.
9. Термографический анализ. Диаграммы состояния бинарных систем.
10. Химическое травление полупроводников. Определение плотности
дислокации.
11. Химические свойства полимеров.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Курс общей химии / Под ред. Н.В.Коровина. - М.: Высш. шк., 1998.
2. Карапетьянц М.Х., Дракин С. Общая и неорганическая химия. - М.: Высш.
шк., 1992.
3. Харин А.Н., Катаева Н.А., Харина Л.Т. Kуpc химии. - М.: Высш. шк., 1983.
4. Фролов В.В. Химия.- М.: Высш. шк., 1975, 1979, 1986.
5. Краткий курс физической химии / Под ред. С.Н.Кондратьева. - М.: Высш.
шк., 1978.
5. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия / Под ред. А.Г. Стромберга. - М.: Высш. шк., 1988, 1999.
7. Угай Я.А. Неорганическая химия. - М.: Высш. шк., 1989.
8. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. - М.: Химия, 1983 (и
послед. изд.)
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Глинка Н.П. Общая химия /Под ред. А.П. Рабиновича. - Л.: Химия, 19831988.
2. Общая химия /Под ред. Е.М.Соколовской и Л.С.Гузея. - М.: Изд-во МГУ,
1983.
3. Угай Я.А. Введение в химию полупроводников. - М.: Высш. шк., 1989.
4. Физическая химия. Строение вещества. Термодинамика. Ч.1. Электрохимия.
Химическая кинетика и катализ. Ч.2. / Под ред. К.С. Краснова. - М.: Высш.
шк., 1995.
5. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. А.А. Равделя и
А.М. Пономаревой. - Л.: Химия, 1983.
81
82
Утверждена
Министерством образования
Республики Беларусь
« 24 » июня 2001 г.
Регистрационный № ТД - 126 / тип
VIII. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТЯМ ЭЛЕКТРОРАДИОТЕХНИКИ И ИНФОРМАТИКИ
83
Составители:
В. М. Коваленко – доцент кафедры теоретических основ электротехники
Белорусского
государственного
университета
информатики
и
радиоэлектроники, кандидат технических наук;
Л. Ю. Шилин – профессор кафедры теоретических основ электротехники
Белорусского
государственного
университета
информатики
и
радиоэлектроники, доктор технических наук;
М. М. Дорошевич - доцент кафедры теоретических основ электротехники
Белорусского
государственного
университета
информатики
и
радиоэлектроники, кандидат технических наук;
С. А. Тихоновецкий - доцент кафедры теоретических основ электротехники
Белорусского
государственного
университета
информатики
и
радиоэлектроники, кандидат технических наук;
В. А. Кешишьян – профессор кафедры теоретических основ электротехники
Белорусского
государственного
университета
информатики
и
радиоэлектроники, доктор технических наук.
Под общей редакцией Л.Ю. Шилина.
Рецензенты:
Кафедра автоматизации производственных процессов и электротехники
Белорусского государственного технологического университета (протокол № 7
от 23 мая 2000 г.);
В. И. Можар - доцент кафедры электротехники и электроники Белорусской
государственной политехнической академии, кандидат технических наук.
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой теоретических основ электротехники Белорусского государственного
университета информатики и радиоэлектроники (протокол № 6 от 30 октября
2000 г.);
Советом Белорусского государственного университета информатики и
радиоэлектроники (протокол № 4 от 23 ноября 2000 г.).
Согласована с:
Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по
образованию в области электрорадиотехники и информатики;
Главным управлением высшего и среднего специального образования;
Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса
Республиканского института высшей школы БГУ.
84
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Электротехника» разработана для инженернотехнических специальностей БГУИР. Она предусматривает
лекционные
занятия, лабораторные работы, практические занятия, курсовую работу.
Целью изучения дисциплины является обеспечение профессиональной
подготовки, развитие всех позитивных творческих способностей инженера, его
умения формулировать и исследовать на должном
научном уровне
общетеоретические проблемы будущей специализации, развивать и
реализовывать свои знания в этой области инженерной практики.
Курс
«Электротехника»
занимает
основное
место
среди
фундаментальных дисциплин, определяющих теоретический уровень
профессиональной подготовки инженеров.
Предметом изучения курса являются электромагнитные явления и их
применение для решения проблем радиоэлектроники, автоматики,
вычислительной техники при разработке электротехнических устройств,
отвечающих современным требованиям.
Большую роль при решении перечисленных проблем предполагается
отвести современным средствам вычислительной техники - персональным
ЭВМ, что особенно важно в условиях быстро увеличивающегося объема
научно-технической информации. Это позволит освоить основы методов
вычислительного эксперимента, что связано с развитием вопросов теории и
разработок многочисленных алгоритмов электротехнических расчетов с
применением ЭВМ.
Основная задача изучения курса «Электротехника» состоит в усвоении
современных методов моделирования электромагнитных процессов, методов
анализа, синтеза и расчета электрических цепей, знание которых необходимо
для понимания и успешного решения инженерных проблем будущей
специальности. При этом предполагается разумное и обоснованное применение
средств и методов вычислительной техники.
Изучение электротехники должно способствовать выработке развитых
представлений о методах применения теории электромагнитных явлений и
методологии курса «Электротехника» в специальных дисциплинах.
При изложении курса «Электротехника» предполагается знание
студентами курса физики, особенно разделов электричества и магнетизма, а
также таких разделов курса высшей математики, как теория матриц,
дифференциальные уравнения и методы их решения, включая численные
методы, теорию функций комплексного переменного, преобразование ФурьеЛапласа и др.
Содержание курса «Электротехника» составляет обобщение понятий и
законов из области электромагнитных явлений на основе сведений, полученных
при изучении курса физики, а также развитие формулировок и определений
главных понятий и законов теории электрических и магнитных цепей,
85
относящихся ко всем разделам курса. Здесь формулируются основные
физические понятия курса «Электротехника», что имеет большое значение для
правильной математической формулировки задач, решаемых методами,
излагаемыми в последующих разделах курса. Материал курса состоит из
теории линейных и нелинейных электрических цепей, где рассматриваются
главным образом вопросы анализа на основе изучения свойств таких цепей.
Задачи синтеза изучаются только для линейных электрических цепей.
При освоении современных методов анализа и синтеза электрических
цепей необходимо широкое, проблемно-ориентированное применение средств
и методов вычислительной техники. При этом важнейшей составной частью
процесса изучения курса является контролируемая самостоятельная работа
студентов в виде системы расчетных заданий разумной сложности,
ориентированных на использование вычислительной техники и оптимально
приближенных к реальным инженерным задачам будущей специальности.
Выбор и составление задач для практических занятий должны также наиболее
полно учитывать инженерные проблемы по данной специальности.
Необходимо выявление наиболее актуальных и теоретически важных
примеров-задач общефизических и расчетно-теоретических положений курса с
учетом специфики методических подходов, применяемых в данной
специальности.
В курсе предполагается широкое использование матричной алгебры и
решения матричных уравнений с помощью ЭВМ. В дальнейшем
подразумевается, что многие методы расчета электрических цепей
формируются в матричном виде.
Программа составлена в соответствии с требованиями образовательных
стандартов и рассчитана на объем 70-150 учебных часов. Примерное
распределение учебных часов по видам занятий при объеме 70 часов: лекций
-35 часов, лабораторных работ – 15 часов, практических занятий – 20 часов;
при объеме 150 часов: лекций – 80 часов, лабораторных работ – 35 часов,
практических занятий – 35 часов.
В результате освоения курса «Электротехника» студент должен:
знать:
- свойства и методы анализа линейных и нелинейных электрических цепей;
- методы синтеза линейных электрических цепей;
- свойства и методы анализа магнитных цепей;
уметь анализировать:
- установившиеся процессы в цепях с сосредоточенными параметрами;
- переходные процессы в цепях с распределенными параметрами;
- процессы в нелинейных цепях;
приобрести навыки:
- правильной математической формулировки задач, решаемых методами,
излагаемыми в курсе;
- применения средств и методов вычислительной техники.
86
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
Тема 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
И МАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ
Электрические и магнитные цепи. Элементы электрических цепей.
Активные и пассивные электрические цепи. Физические явления в
электрических цепях. Научные абстракции, принимаемые в теории
электрических цепей, их практическое значение и границы применяемости.
Цепи с распределенными и сосредоточенными параметрами.
Параметры электрических цепей. Линейные и нелинейные электрические
и магнитные цепи. Условно-положительные направления тока и ЭДС в
элементах цепи и напряжения на их зажимах. Источники ЭДС и источники
тока. Схемы электрических цепей. Топологические понятия схемы
электрической цепи. Граф цепи. Матрицы соединений, контуров, сечений и
связь между ними.
Законы электрических цепей. Узловые и контурные уравнения
электрических цепей. Полная система уравнений электрических цепей.
Дифференциальные уравнения процессов в цепях с сосредоточенными
параметрами. Анализ и синтез – две основные задачи теории электрических
цепей.
Тема 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
Электромагнитное поле и системы уравнений Максвелла. Закон
сохранения энергии в электродинамике. Электростатическое поле.
Электростатическая емкость, энергия и силы в электростатическом поле. Поле
постоянного тока. Постоянное магнитное поле и методы его расчета.
Индуктивность, энергия и силы в магнитном поле. Электромагнитные волны в
идеальных изотропных диэлектриках, электромагнитные волны
в
поглощающих и анизотропных средах. Электромагнитное поле в
направляющих системах, резонаторы.
Раздел 2. ТЕОРИЯ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
Тема 3. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПРИ СИНУСОИДАЛЬНЫХ ТОКАХ
Синусоидальные ЭДС , напряжения и токи. Источники синусоидальных
ЭДС и токов. Действующие и среднее значения периодических ЭДС,
напряжений и токов. Комплексный метод. Векторные диаграммы.
Синусоидальный ток в цепи с последовательным соединением участков r,
L и C. Синусоидальный ток в цепи с параллельным соединением участков g, L
87
и C. Комплексные сопротивления и проводимость. Законы Кирхгофа и Ома в
комплексной форме.
Активная, реактивная и полная мощности. Мгновенная мощность и
колебания энергии в цепи синусоидального тока. Расчет мощности по
комплексам напряжения и тока.
Эквивалентные параметры сложной цепи переменного тока,
рассматриваемой в целом как двухполюсник. Схемы замещения
двухполюсника при заданной частоте.
Тема 4. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
ПРИ УСТАНОВИВШИХСЯ СИНУСОИДАЛЬНОМ И ПОСТОЯННОМ ТОКАХ
Расчет при последовательном и параллельном соединении участков цепи.
О расчете сложных электрических цепей. Эквивалентные преобразования в
электрических цепях.
Методы узловых напряжений и контурных токов. Методы сечений и
смешанных величин. Принцип наложения и взаимности и основанные на них
методы расчета цепи. Теорема о компенсации; линейные соотношения между
напряжениями и токами. Оценка влияния изменения параметров на режим
цепи. Метод эквивалентного генератора.
Расчет цепей при наличии взаимной индукции. Индуктивно связанные
элементы электрической цепи. Трансформатор с линейными характеристиками.
Идеальный трансформатор. Цепи, связанные через электрическое поле.
Баланс мощностей в цепи синусоидального тока. Проблемы расчета
установившихся режимов сложных электрических цепей. Топологические
методы расчета и анализа цепей. Топологические формулы для расчета
определителей и алгебраических дополнений матриц узловых проводимостей.
Топологическая формула для расчета схемных функций. Применение
сигнальных графов для расчета электрических цепей.
Тема 5. РЕЗОНАНСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Резонанс при последовательном и параллельном соединениях элементов
цепи. Частотные характеристики последовательного и параллельного
соединений, а также цепей, содержащих только реактивные элементы. Общий
случай частотных характеристик цепей. Резонанс в индуктивно-связанных
контурах. Добротность контура. Коэффициент передачи, расстройка.
Избирательность и полоса пропускания. Практическое значение резонанса в
электрических цепях.
Тема 6. РАСЧЕТ ТРЕХФАЗНЫХ ЦЕПЕЙ
Многофазные цепи и системы, их классификация. Понятие о трехфазных
источниках питания. Расчеты трехфазных цепей в симметричных и
несимметричных режимах. Получение вращающегося магнитного поля.
Симметричные составляющие трехфазной системы величин. Применение
метода симметричных составляющих к расчету трехфазных цепей.
88
Тема 7. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПРИ ПЕРИОДИЧЕСКИХ
НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ ЭДС, НАПРЯЖЕНИЯХ И ТОКАХ
Расчеты мгновенных установившихся напряжений и токов в
электрических цепях при действии периодических несинусоидальных ЭДС
Зависимость формы кривой тока от характера цепи при несинусоидальном
напряжении. Активная мощность при периодических несинусоидальных токах
и напряжениях. Особенности поведения высших гармоник в трехфазных цепях.
О составе высших гармоник при наличии симметрии форм кривых тока или
напряжения. Ряд Фурье в комплексной форме. Биения и модулированные
колебания.
Тема 8. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ
С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ И МЕТОДЫ ИХ РАСЧЕТА
Понятие о переходном процессе в линейной электрической цепи.
Причины возникновения и сущность переходного процесса.
Классический метод расчета. Порядок составления и методы решения
уравнений электрического равновесия электрической цепи. Переменные
состояния. Свободный и принужденный режимы. Установившийся режим.
Свободные частоты цепи. Определение постоянных интегрирования.
Переходные процессы в цепях с одним накопителем энергии. Переходные
процессы в последовательной rLC-цепи при ее включении на постоянное и
синусоидальное напряжения.
Переходные процессы при мгновенном изменении параметров участков
цепи. Расчеты переходных процессов в сложной цепи. Применение
вычислительных машин для расчетов установившихся режимов и переходных
процессов в электрических цепях.
Операторный метод расчета. Основные положения операторного метода.
Уравнения цепей в операторной форме. Расчет переходных и свободных токов
операторным методом. Схемные функции в операторной форме. Импульсные и
переходные характеристики цепей, их связь со схемной функцией.
Частотный метод расчета. Преобразование Фурье непериодических
функций времени – спектральное представление непериодических функций.
Частотные характеристики и их применение к расчету переходных процессов.
Связь между частотными и временными характеристиками. Связь
преобразования Фурье с преобразованием Лапласа.
Расчеты при воздействии ЭДС произвольной формы. Интеграл свертки и
его применение при анализе переходных процессов. Аналитические и
численные методы решения уравнений состояния электрических цепей.
Применение дискретных схем замещения динамических цепей при
использовании неявных методов численного интегрирования.
Тема 9. ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКИ И МНОГОПОЛЮСНИКИ
Различные виды уравнений пассивного четырехполюсника. Системы
параметров четырехполюсника и их взаимосвязь. Эквивалентные схемы
89
замещения взаимных четырехполюсников. Характеристические параметры.
Схемные функции и частотные характеристики. Способы соединений.
Передаточные функции согласованных схем. Дифференцирующие и
интегрирующие цепи. Обратные связи. Четырехполюсник с активными
элементами. Электрические фильтры. Структурные схемы. Вопросы
устойчивости в электрических цепях с обратной связью. Многополюсники.
Применение матриц и графов для описания многополюсников.
Тема 10. СИНТЕЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
Задача синтеза электрических цепей. Неоднозначность решения задач
синтеза и проблемы выбора решения. Энергетическая теорема теории цепей и
фундаментальные свойства схемных функций цепей.
Положительная вещественная функция, ее свойства. Свойства входных
функций пассивных двухполюсников. Методы синтеза пассивных
двухполюсников. О синтезе передаточных функций четырехполюсника.
Тема 11. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
Примеры цепей с распределенными параметрами. Уравнения линии с
распределенными параметрами.
Решение уравнений однородной линии при установившемся
синусоидальном режиме. Моделирование однородной линии цепной схемой.
Бегущие волны. Различные режимы работы. Условия для неискажающей
линии. Линия без потерь. Режим работы однородной линии с активной и
реактивной нагрузками. Измерительная линия.
Переходные процессы в цепях с распределенными параметрами. Решение
уравнений однородной неискажающей линии при переходном процессе.
Прямая и обратная волны. Характер и происхождение волн в линиях.
Отражение и преломление волн. Формирование импульсов с помощью линии.
Раздел 3. ТЕОРИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
И МАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ
Тема 12. ЭЛЕМЕНТЫ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ,
ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ
Общие понятия об элементах и свойствах цепей. Определение,
классификации нелинейных элементов: нелинейные пассивные и активные
элементы, нелинейные двухполюсники и многополюсники; инерционные и
безынерционные нелинейные элементы; нелинейные реактивные элементы .
Характеристики нелинейных элементов; статические и дифференциальные
параметры.
Реальные и идеальные нелинейные элементы; их физические и
математические модели.
90
Тема 13. УСТАНОВИВШИЕСЯ ПРОЦЕССЫ В НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЯХ
И МЕТОДЫ ИХ РАСЧЕТА
Основные свойства и методы расчета нелинейных электрических и
магнитных цепей при постоянных токах и напряжениях. Графические расчеты
цепей при последовательном, параллельном и смешанном соединениях
элементов. Расчет сложной нелинейной цепи, графоаналитические и численные
методы. Расчет разветвленных магнитных цепей. О расчете магнитных цепей с
постоянными магнитами.
Особенности расчета режимов нелинейных цепей при переменных токах
и напряжениях. Особенности периодических режимов в нелинейных цепях.
Общая характеристика методов расчета. Соотношения задач анализа линейных
и нелинейных цепей. Идеи линеаризации. Способы аппроксимации
характеристик нелинейных элементов: кусочно-линейная, степенная,
сплайнами. Простейшие графические и графоаналитические методы,
итерационные методы. Аналитический метод, метод гармонического баланса и
др.
Цепи с нелинейными индуктивностями – катушками с ферромагнитным
сердечником. Метод эквивалентных синусоид. Эквивалентные параметры и
схемы замещения катушки и трансформатора. Резонансные явления в
нелинейных цепях. Феррорезонансы напряжения и тока. Цепи с вентильными
преобразователями как электрические цепи с нелинейными активными и
пассивными элементами, а также как цепи с дискретно и периодически
изменяющимися параметрами.
Тема 14. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ КОЛЕБАНИЙ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА
ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ
Особенности колебательных процессов в нелинейных электрических
цепях. Вопросы устойчивости колебательного режима в цепях, содержащих
линейные реактивные элементы и нелинейное сопротивление, подключаемые к
источнику постоянного напряжения. О выборе эквивалентной схемы для
рассмотрения вопроса об устойчивости. Возбуждение автоколебаний в
нелинейной системе с обратной связью. Релаксационные колебания.
Переходные процессы в нелинейных электрических цепях и методы их
расчета. Изображение процессов на фазовой плоскости. Метод изоклин для
построения фазовых траекторий и расчета переходных процессов. Метод
медленно изменяющихся амплитуд. Применение ЭВМ для расчета процессов в
нелинейных цепях.
Тема 15. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
Классификация электрических машин. Трансформатор. Кривые
намагничивания ферромагнитных материалов. Катушка с магнитопроводом в
цепи переменного тока. Идеализированный трансформатор. Режим холостого
хода.
Намагничивающий ток и ток холостого хода. Формы токов и
напряжений. Правило неизменности потока. Работа под нагрузкой. Векторная
91
диаграмма. Реальный трансформатор. Преобразование сопротивлений.
Приведенный
трансформатор.
Схема
замещения
трансформатора.
Энергетическая диаграмма. КПД трансформатора. Габаритная мощность.
Расчет трансформатора.
Асинхронные машины. Устройство и принцип работы асинхронного
двигателя. Частота вращения. Скольжение. Уравнения напряжений статора и
ротора. Ток ротора. Уравнение токов асинхронного двигателя. Схема
замещения и векторная диаграмма.
Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя. Электромагнитный
вращающий момент. Механические характеристики асинхронного двигателя.
Формула Клосса. Регулирование частоты вращения. Частотное регулирование.
Регулирование изменением скольжения.
Синхронные машины. Принцип действия синхронного генератора.
Реакция якоря. Уравнение напряжений фазы синхронного генератора.
Энергетическая диаграмма и КПД синхронного генератора. Электромагнитный
момент и угловая характеристика синхронного генератора.
Синхронные двигатели. Особенности, область применения, принцип
действия. Пуск синхронного двигателя. Угловая и механические
характеристики синхронного двигателя. Влияние тока возбуждения на cos
синхронного двигателя. U–образная характеристика синхронного двигателя.
Синхронные шаговые двигатели. Сравнение синхронных и асинхронных
двигателей.
Машины постоянного тока. Устройство и принцип действия. ПротивоЭДС якоря. Схема замещения якоря. Электромагнитный момент. Реакция
якоря. Коммутация. Энергетическая диаграмма и КПД двигателя постоянного
тока. Способы питания обмотки возбуждения. Механические характеристики
двигателей
постоянного
тока.
Регулирование
частоты
вращения.
Универсальные коллекторные двигатели.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Элементы электрических цепей и их математические модели.
2. Условно-положительные направления токов и напряжений в электрической
цепи. Основные понятия и законы электрических цепей.
3. Основные свойства и эквивалентные параметры электрических цепей при
синусоидальных токах.
4. Расчет цепей синусоидального тока.
5. Мощность и энергия в линейной электрической цепи.
6. Электрические цепи с взаимной индуктивностью.
7. Топологические методы расчета электрических цепей.
8. Резонансные явления в электрических цепях.
9. Трехфазные цепи и их расчет.
10.Расчет цепей при периодических несинусоидальных напряжениях и токах.
92
11.Расчеты переходных процессов в линейных цепях. Классический метод.
12.Применение преобразований Лапласа и Фурье к расчету переходных
процессов.
13.Матричные методы расчета переходных процессов.
14.Четырехполюсник и его свойства. Фильтры.
15.Цепи с распределенными параметрами в установившемся режиме.
16.Цепи с распределенными параметрами при переходных процессах.
Приведенный перечень тем дает лишь представление об объеме
теоретического материала на практических занятиях. Конкретное содержание,
последовательность и форма проведения каждого упражнения должны
определяться рабочей программой курса, спецификой последующей
специализации
студентов
и
возможностями
применения
средств
вычислительной техники.
Важным для учета специфики специальностей является набор
специальных задач и их изучение на упражнениях. При проведении
специализированного упражнения основное внимание необходимо обратить на
мотивы выбора темы, необходимость и уровень его аргументации с точки
зрения специфических задач данной специализации, допустимой степени их
упрощения, сохранения целостности при выбранных допущениях.
Основные моменты курса «Электротехника» в качестве фундаментальной
базы для решения
подобного круга проблем на конкретном примере
выбранной темы.
При проведении практических занятий в вычислительных классах,
оборудованных ПЭВМ, следует, прежде всего, обеспечить диалоговый режим
работы на основе предварительно созданных программ для каждого
конкретного занятия. Такой режим работы с ЭВМ, помимо более эффективного
использования времени для усвоения курса, расширяет возможности
приобретения студентами навыков самостоятельного исследования изучаемой
проблемы.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Лабораторная работа №1. Исследование разветвленной цепи постоянного
тока.
2. Лабораторная работа №2. Исследование сложной цепи постоянного тока.
3. Лабораторная работа №3. Исследование разветвленной цепи переменного
тока.
4. Лабораторная работа №4. Резонанс напряжений.
5. Лабораторная работа №5. Исследование параллельного колебательного
контура.
6. Лабораторная работа №6. Исследование электрической цепи с взаимной
индуктивностью.
93
7. Лабораторная работа №7. Исследование линейной электрической цепи с
периодическими несинусоидальными ЭДС.
8. Лабораторная работа №8. Исследование четырехполюсника.
9. Лабораторная работа №9. Исследование цепной схемы.
10.Лабораторная работа №10. Амплитудно- и фазочастотные характеристики
четырехполюсников.
11.Лабораторная работа №11. Исследование электрических фильтров.
12.Лабораторная работа №12. Исследование резонансных явлений в системе
двух индуктивно связанных колебательных контуров.
13.Лабораторная работа №13. Переходные процессы в линейных цепях с
сосредоточенными параметрами.
14.Лабораторная работа №14. Исследование пассивного четырехполюсника.
15.Лабораторная работа №15.
Исследование однородной линии в
установившемся режиме.
16.Лабораторная работа №16.
Исследование трехфазной системы при
соединении звездой.
17.Лабораторная работа №17. Исследование трехфазной системы при
соединении треугольником.
18.Лабораторная работа №19. Исследование
полиномиальных фильтров
нижних частот.
19.Лабораторная работа №20. Исследование феррорезонансных цепей.
20.Лабораторная работа №23. Исследование частотных характеристик входного
сопротивления реактивных двухполюсников.
21.Лабораторная работа №24. Исследование резонансных явлений в линейных
электрических цепях с периодическими несинусоидальными ЭДС и токами.
22.Лабораторная работа №25. Исследование переходных процессов в цепях
первого порядка.
23.Лабораторная работа №26. Методы исследования сложных цепей
постоянного тока.
24.Лабораторная работа №27. Активный четырехполюсник.
При выполнении лабораторных работ можно применять, с одной
стороны, микрокалькуляторы для обработки результатов измерения и
проведения необходимых расчетов, с другой – вычислительные машины для
постановки математического эксперимента с целью учета влияния отдельных
факторов на результаты физического эксперимента, определения границ
принимаемых допущений в теоретических предпосылках каждой работы и др.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКИХ РАБОТ
1.
2.
3.
4.
94
Линейная цепь постоянного тока.
Линейная цепь синусоидального тока.
Несинусоидальные токи в линейной цепи.
Переходные процессы в линейных цепях.
5. Установившиеся режимы нелинейной цепи переменного тока.
6. Магнитные цепи.
7. Переходные процессы в нелинейных цепях.
8. Установившийся процесс в длинной линии.
9. Переходные процессы в длинных линиях.
10. Синтез реактивного двухполюсника.
Каждая тема расчетно-графических работ может состоять из нескольких
подтем, наиболее полно охватывающих раздел теоретической части курса.
Рекомендации по содержанию и форме практических занятий в равной степени
относятся и к расчетно-графическим работам.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Нейман Л.Р., Демирчан К.С. Теоретические основы электротехники. Т.1. –
Л.: Энергоиздат, 1981.
2. Нейман Л.Р., Демирчан К.С. Теоретические основы электротехники. Т.2. –
Л.: Энергоиздат, 1981.
3. Теоретические основы электротехники. Т.1 / Под ред. П.А. Ионкина. – М.:
Высш. шк., 1976.
4. Теоретические основы электротехники. Т.2 / Под ред. П.А. Ионкина. – М.:
Высш. шк., 1976.
5. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи.М.: Высш. шк., 1984.
6. Зевеке Г.В. и др. Основы теории цепей. – М.: Энергоатомиздат,1989.
7. Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи. – М.:
Высш. шк., 1981.
8. Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей. Нелинейные цепи. –
М.: Высш. шк., 1977.
9. Толстов Ю.Г. Теория линейных электрических цепей. – М.: Высш. шк., 1986.
10.Поливанов К.М. Теоретические основы электротехники. Т.3. – М.: Энергия,
1975.
11.Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. Линейные
электрические цепи. Ч.1. – М.: Энергия, 1978.
12.Теоретические основы электротехники. Нелинейные электрические цепи.
Электромагнитное поле. Ч.2,3 / Под ред. Г.И.Атабекова. – М.: Энергия,
1979.
13.Лосев А.К. Теория линейных электрических цепей. – М.: Высш. шк., 1987.
14.Белицкий А.Ф. Теория линейных электрических цепей. – М.: Радиосвязь,
1986.
15.Попов В.П. Основы теории цепей. – М.: Высш. шк., 1985.
16.Курулев А.П. и др. Теория электрических цепей. – М.: Высш. шк., 1999.
95
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Шебес М. Р. Теория линейных электрических цепей в упражнениях и
задачах. – М.: Высш. шк., 1967.
2. Шебес М. Р. Задачник по теории линейных электрических цепей. – М.:
Высш. шк., 1982.
3. Сиберт У. М. Цепи, сигналы, системы. Т.2. - М.: Мир, 1988.
4. Данилов Л. В., Матханов П. Н., Филипов Е. С. Теория нелинейных электрических цепей. - Л.: Энергоиздат, 1990.
96
Утверждена
Министерством образования
Республики Беларусь
« 24 » июня 2001 г.
Регистрационный № ТД -127 / тип
IX. ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТЯМ ЭЛЕКТРОРАДИОТЕХНИКИ И ИНФОРМАТИКИ
97
Составители:
М.С. Хандогин - заведующий кафедрой электроники Белорусского
государственного университета информатики и радиоэлектроники, кандидат
технических наук, доцент;
А.Я. Бельский - доцент кафедры электроники Белорусского государственного
университета информатики и радиоэлектроники, кандидат технических наук;
В.С. Валенко - доцент кафедры электроники Белорусского государственного
университета информатики и радиоэлектроники, кандидат технических наук;
С.В. Дробот - доцент кафедры электроники Белорусского государственного
университета информатики и радиоэлектроники, кандидат технических наук;
В.А.
Мельников
доцент
кафедры
электроники
Белорусского
государственного университета информатики и радиоэлектроники;
В.Н. Путилин - доцент кафедры электроники Белорусского государственного
университета информатики и радиоэлектроники, кандидат технических наук;
Ф.А. Ткаченко - доцент кафедры электроники Белорусского государственного
университета информатики и радиоэлектроники, кандидат технических наук.
Под общей редакцией М.С. Хандогина.
Рецензенты:
Кафедра электроники Военной академии Республики Беларусь (протокол
№ 12 от 23 июня 2000 г.);
В.Н. Копусов - начальник отдела ОАО «МНИПИ», кандидат технических наук.
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой электроники Белорусского государственного университета
информатики и радиоэлектроники (протокол № 10 от 30 октября 2000 г.);
Советом Белорусского государственного университета информатики и
радиоэлектроники (протокол № 4 от 23 ноября 2000 г.).
Согласована с:
Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по
образованию в области электрорадиотехники и информатики;
Главным управлением высшего и среднего специального образования;
Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса
Республиканского института высшей школы БГУ.
98
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Электронные приборы» разработана для студентов
специальностей электрорадиотехники и информатики. Она предусматривает
базовую подготовку студентов, необходимую для успешного изучения
специальных дисциплин и последующего решения производственных и
исследовательских задач в соответствии с образовательными стандартами.
Целью изучения дисциплины является подготовка студентов к решению задач,
связанных с рациональным выбором приборов, их режимов работы в
устройствах и радиотехнических системах.
Программа составлена в соответствии с требованиями образовательных
стандартов и рассчитана на объем 85 учебных часов. Примерное распределение
учебных часов по видам занятий: лекций – 51 часа, лабораторных работ – 17
часов, практических занятий – 17 часов.
В результате изучения курса «Электронные приборы» студент должен:
знать:
– физические основы явлений, принципы действия, устройство, параметры,
характеристики электронных приборов и их различных моделей, используемых
при анализе и синтезе радиоэлектронных устройств;
– типовые схемотехнические решения аналоговых, импульсных и цифровых
устройств различного функционального назначения;
уметь:
– использовать полученные знания для правильного выбора активного прибора
и задания рабочего режима по постоянному току;
– находить параметры приборов по их характеристикам;
– определять влияние режимов и условий эксплуатации на параметры приборов;
– выполнять анализ и синтез аналоговых, импульсных и цифровых устройств;
приобрести навыки работы:
– с электронными приборами и аппаратурой, используемой для исследования
характеристик и измерения параметров приборов, а также различных
аналоговых, импульсных и цифровых устройств на их основе;
– с технической литературой, справочниками, стандартами, технической документацией по электронным приборам.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Определение термина «Электронные приборы». Классификация
электронных приборов по характеру рабочей среды (вакуум, разреженный газ,
твердое тело), принципу действия и диапазону рабочих частот. Основные
свойства и особенности электронных приборов.
99
Краткий исторический очерк развития отечественной и зарубежной
электронной техники. Роль электронных приборов в радиоэлектронике,
телекоммуникационных системах, вычислительных комплексах и других
областях науки и техники. Значение курса как одной из базовых дисциплин
радиотехнических специальностей.
Тема 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
Свойства полупроводников. Основные материалы полупроводниковой
электроники (кремний, германий, арсенид галлия), их основные
электрофизические параметры. Процессы образования свободных носителей
заряда.
Концентрация свободных носителей в собственном и примесных
полупроводниках, ее зависимость от температуры. Уровень Ферми, его
зависимость от температуры и концентрации примесей.
Кинетические процессы в полупроводниках. Тепловое движение и его
средняя скорость. Дрейфовое движение, подвижность носителей заряда и ее
зависимость от температуры и концентрации примесей. Плотность дрейфового
тока, удельная проводимость полупроводников и ее зависимость от
температуры и концентрации примесей. Движение носителей в сильных
электрических полях, зависимость дрейфовой скорости от напряженности
электрического поля. Диффузионное движение носителей, коэффициент
диффузии, плотность диффузионного тока. Соотношение Эйнштейна.
Появление электрического поля в полупроводнике при неравномерном
распределении примесей.
Уравнение непрерывности. Неравновесные носители заряда, время жизни
и механизмы рекомбинации. Диффузионная длина. Диффузия носителей при
наличии электрического поля.
Физические процессы у поверхности полупроводника. Поверхностные
энергетические состояния, особенности движения носителей вблизи поверхности,
поверхностная рекомбинация. Полупроводник во внешнем электрическом поле,
длина экранирования. Обедненный, обогащенный и инверсионный слои.
Контактные явления в полупроводниках. Физические процессы в
электронно-дырочном переходе. Образование обедненного слоя, условие
равновесия. Уравнение Пуассона. Энергетическая диаграмма, распределение
потенциала, напряженности электрического поля и объемного заряда в
переходе. Высота потенциального барьера и ширина перехода.
Вольт-амперная характеристика (ВАХ) идеализированного электроннодырочного перехода. Распределение неравновесных носителей. Тепловой ток,
его зависимость от ширины запрещенной зоны, концентрации примесей и
температуры. Математическая модель идеализированного p-n перехода.
Барьерная и диффузионная емкости перехода, их зависимость от приложенного
напряжения. Пробой p-n перехода.
Контакт металл - полупроводник. Выпрямляющий и невыпрямляющий
(омический) контакты.
100
Гетеропереходы. Энергетические диаграммы. Особенности физических
процессов. Особенности ВАХ.
Структура металл – диэлектрик - полупроводник (МДП). Образование
обедненного, обогащенного и инверсионного слоев в полупроводнике. Вольтфарадная характеристика.
Тема 2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ
Классификация полупроводниковых диодов по технологии изготовления,
мощности, частоте и функциональному применению: выпрямительные,
стабилитроны, варикапы, импульсные диоды, диоды с накоплением заряда,
диоды Шотки, туннельные и обращенные диоды. Принцип работы,
характеристики, параметры, схемы включения. Система обозначения
полупроводниковых диодов. Влияние температуры на ВАХ.
Тема 3. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
Устройство и принцип действия биполярного транзистора (БТ). Схемы
включения. Основные режимы: активный, отсечки, насыщения, инверсный.
Принцип действия транзистора: физические процессы в эмиттерном переходе,
базе и коллекторном переходе; распределение неосновных носителей в базе при
различных режимах. Эффект модуляции ширины базы. Токи в транзисторе;
коэффициенты передачи тока в схемах с общей базой (ОБ) и общим эмиттером
(ОЭ).
Физические параметры транзистора: коэффициент передачи тока,
дифференциальные сопротивления и емкости переходов, объемные
сопротивления областей.
Статические ВАХ транзистора. Модель идеализированного транзистора
(модель Эберса-Молла). Характеристики реального транзистора в схемах с ОБ
и ОЭ. Влияние температуры на характеристики транзистора.
Транзистор как линейный четырехполюсник. Понятие малого сигнала.
Системы Z-, Y-, H-параметров и схемы замещения транзистора. Связь Hпараметров с физическими параметрами транзистора. Определение H-параметров
по статическим характеристикам. Зависимость H-параметров от режима работы и
температуры. Т- и П-образные эквивалентные схемы транзисторов.
Работа транзистора с нагрузкой. Построение нагрузочной прямой.
Принцип усиления.
Особенности работы транзистора на высоких частотах. Физические
процессы, определяющие частотные параметры транзистора. Предельная и
граничная частоты, эквивалентная схема транзистора для высоких частот.
Работа транзистора в импульсном режиме. Физические процессы
накопления и рассасывания носителей заряда. Импульсные параметры
транзистора.
Разновидности и перспективы развития БТ.
101
Тема 4. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
Полевой транзистор (ПТ) с управляющим p-n переходом. Устройство,
схемы включения. Принцип действия, физические процессы, влияние
напряжений электродов на ширину p-n перехода и форму канала. Статические
ВАХ, области отсечки, насыщения и пробоя p-n перехода.
ПТ с барьером Шотки. Устройство, принцип действия. Характеристики и
параметры.
ПТ с изолированным затвором. МДП-транзисторы со встроенным и
индуцированным каналами. Устройство, схемы включения. Режимы обеднения
и обогащения в транзисторе со встроенным каналом и его статические
характеристики.
ПТ как линейный четырехполюсник. Система Y-параметров ПТ и их
связь с физическими параметрами. Зависимость характеристик и параметров
ПТ от температуры.
Работа ПТ на высоких частотах и в импульсном режиме. Факторы,
определяющие частотные свойства. Предельная частота. Эквивалентная схема
на высоких частотах. Области применения ПТ. Сравнение полевых и
биполярных транзисторов. Перспективы развития и применения ПТ.
Тема 5. ТИРИСТОРЫ
Устройство, принцип действия, ВАХ, разновидности тиристоров:
диодные тиристоры, триодные тиристоры, симисторы. Параметры тиристоров.
Области применения тиристоров.
Тема 6. ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА
Классификация элементов оптоэлектроники. Полупроводниковые
источники оптического излучения. Электролюминесценция. Светодиоды,
устройство, принцип работы, характеристики, параметры. Полупроводниковые
приемники излучения: фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы,
фототиристоры. Принцип работы, характеристики, параметры.
Фотоэлементы, устройство, принцип работы. Оптроны их разновидности.
Классификация, принцип действия, входные и выходные параметры оптопар.
Тема 7. ЭЛЕМЕНТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
Пассивные элементы микросхем: резисторы, конденсаторы.
Биполярные и полевые транзисторы в интегральном исполнении.
Транзисторы с барьером Шотки, многоэмиттерные транзисторы. Диоды в
интегральном исполнении. БТ с инжекционным питанием. Полупроводниковые
приборы с зарядовой связью. Параметры и области применения приборов с
зарядовой связью.
102
Раздел 2. ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ
Тема 8. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ
Электронная эмиссия. Виды эмиссии. Катоды электровакуумных
приборов, основные типы катодов. Прохождение тока в вакууме, ток переноса,
ток смещения, полный ток. Понятие о наведенном токе.
Тема 9. ЭЛЕКТРОННО-УПРАВЛЯЕМЫЕ ЛАМПЫ
Вакуумный диод. Принцип действия. Понятие об объемном заряде.
Режим насыщения и режим ограничения тока объемным зарядом.
Идеализированная и реальная анодные характеристики диода. Статические
параметры. Основные типы диодов, области применения.
Трехэлектродная лампа. Устройство, роль сетки в триоде. Понятие о
действующем напряжении и проницаемости сетки. Токораспределение в
триоде. Статические характеристики триода. Статические параметры и
определение их по характеристикам. Междуэлектродные емкости. Режим
работы триода с нагрузкой, нагрузочные характеристики, параметры режима
работы с нагрузкой.
Тетроды и пентоды. Роль сеток. Действующее напряжение.
Токораспределение.
Статические
характеристики
и
параметры
многоэлектродных ламп; междуэлектродные емкости. Эквивалентные схемы
электронных ламп на низких и высоких частотах.
Мощные генераторные и модуляторные лампы.
Тема 10. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРИБОРЫ
Устройство электронно-лучевой трубки. Элементы электронной оптики.
Управление плотностью электронного луча.
Тема 11. ЭЛЕКТРОННЫЕ ИНДИКАТОРНЫЕ ПРИБОРЫ
Физические
эффекты,
пригодные
для
создания
индикаторов.
Полупроводниковые,
жидкокристаллические,
газоразрядные,
электролюминесцентные и другие индикаторы. Сравнение различных
индикаторов и их применение.
Тема 12. ШУМЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ
Источники шумов: тепловое движение, дробовой эффект, процессы
генерации и рекомбинации, токораспределение, поверхностные явления.
Спектральная характеристика шумов. Методы оценки шумовых свойств.
Эквивалентные шумовые схемы полупроводниковых приборов и электронных
ламп.
Тема 13. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ РЕЖИМЫ И НАДЕЖНОСТЬ
ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ
Номинальный и предельно допустимый режимы и их параметры.
Механический и климатический режимы и их параметры. Герметизация,
103
термостатирование и температурная стабилизация. Влияние ионизирующих
излучений на работу электронных приборов. Долговечность и экономичность.
Надежность полупроводниковых и электровакуумных приборов.
Раздел 3. АНАЛОГОВЫЕ УСТРОЙСТВА
Тема 14. ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ
Требования, предъявляемые к аналоговым устройствам. Коэффициенты
усиления: по току, напряжению, мощности. Входное и выходное сопротивления
усилительных каскадов. Коэффициент демпфирования. Коэффициент полезного
действия и выходная мощность каскада усиления. Чувствительность
усилительных устройств и их полоса пропускания. Нелинейные и линейные
искажения сигнала и их оценка. Характеристики усилительных устройств:
амплитудно-частотная, фазочастотная, амплитудная и переходная.
Тема 15. ОБЕСПЕЧЕНИЕ РЕЖИМА РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ ПО ПОСТОЯННОМУ ТОКУ
Цепи питания, обеспечивающие режим работы усилительных устройств.
Обеспечение необходимого режима работы транзисторов по постоянному
току с помощью простейших цепей, не осуществляющих стабилизацию.
Влияние условий эксплуатации и разброса параметров транзисторов на режим
их работы по постоянному току; необходимость стабилизации тока покоя
выходной цепи транзистора.
Температурная стабилизация режима работы транзисторов по
постоянному току с помощью цепей, сопротивление которых изменяется при
изменении температуры.
Генераторы стабильного тока и их использование для обеспечения
стабилизации токов покоя транзисторов.
Стабилизация режима работы транзисторов по постоянному току с
помощью отрицательной обратной связи. Цепи, обеспечивающие стабилизацию
в одиночных каскадах усилителей переменного тока.
Режимы работы усилительных элементов в усилительных каскадах.
Коэффициент полезного действия и допустимая мощность рассеяния на
транзисторе с учетом температуры окружающей среды и наличия радиатора.
Построение нагрузочных характеристик. Определение параметров
рабочего режима.
Тема 16. ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ПОКАЗАТЕЛИ
И ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Принцип и назначение обратной связи в усилительных устройствах.
Основные способы обеспечения обратной связи. Методы анализа усилительных
устройств, охваченных обратной связью. Влияние обратной связи на основные
показатели и характеристики усилительных устройств. Чувствительность
104
показателей усилительных устройств, охваченных обратной связью, к
изменению параметров их элементов.
Тема 17. КАСКАДЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛЕНИЯ
Требования, предъявляемые к каскадам предварительного усиления, и
особенности их анализа, связанные с низким уровнем входного сигнала, при
котором нелинейностью характеристик транзистора можно пренебречь.
Усилительные каскады с общим эмиттером, с общей базой. Усилительные
каскады на полевых транзисторах с общим истоком, их принципиальные и
эквивалентные схемы. Применение упрощенных эквивалентных схем для
анализа усилительных каскадов по переменному току.
Определение входного и выходного сопротивлений, коэффициентов
усиления по току, напряжению, мощности.
Частотные искажения в области нижних частот и искажения вершины
импульса, возникающие в резисторных каскадах усилителей переменного тока
вследствие наличия разделительных конденсаторов и конденсаторов в
эмиттерной (истоковой, катодной) цепи усилительного элемента.
Применение машинных методов расчета с использованием полных
эквивалентных схем при разработке усилителей, изготавливаемых по
интегральной технологии.
Тема 18. УСИЛИТЕЛИ, ОХВАЧЕННЫЕ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ, И ИХ
УСТОЙЧИВОСТЬ
Усилительные каскады, охваченные различными видами обратной связи.
Эмиттерный и истоковый повторители напряжения. Сложные повторители
напряжения.
Многокаскадные усилители, охваченные обратной связью; использование
критериев устойчивости при расчете этих усилителей. Обеспечение
устойчивости усилителей, охваченных глубокой отрицательной обратной
связью; применение корректирующих цепей.
Тема 19. ОКОНЕЧНЫЕ КАСКАДЫ УСИЛЕНИЯ
Требования, предъявляемые к оконечным каскадам усиления, и
особенности их расчета.
Двухтактные оконечные каскады. Особенности работы и свойства
двухтактных каскадов. Применение режима В. Нелинейные искажения в
двухтактных каскадах. Бестрансформаторные двухтактные каскады и их расчет.
Трансформаторные двухтактные каскады.
Оконечные каскады усиления мощности с повышенным коэффициентом
полезного действия.
105
Тема 20. УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Требования, предъявляемые к усилителям постоянного тока. Усилители
постоянного тока прямого усиления. Особенности обеспечения токов покоя в
этих усилителях. Причины возникновения и способы уменьшения дрейфа нуля.
Усилители постоянного тока с преобразованием сигнала. Принципы
построения, основные преимущества и недостатки.
Дифференциальный усилительный каскад. Основные свойства и расчет
этого каскада. Коэффициент усиления по дифференциальному и синфазному
сигналам. Относительное ослабление синфазной составляющей сигнала.
Дифференциальные усилительные каскады с повышенным значением
коэффициента усиления и входного сопротивления.
Тема 21. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ
Интегральные операционные усилители (ОУ) и их классификация. ОУ
общего
применения,
ОУ
прецизионные,
микромощные
ОУ,
быстродействующие ОУ. Принципиальные схемы наиболее применяемых ОУ.
Схемотехника входных и выходных каскадов. Основные параметры и
характеристики ОУ. Обеспечение устойчивости операционных усилителей,
охваченных обратной связью.
Тема 22. ПРИМЕНЕНИЕ УСИЛИТЕЛЕЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ
УСТРОЙСТВ АНАЛОГОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
Операционные и другие усилители – основные элементы устройства
аналоговой обработки сигналов.
Инвертирующие и неинвертирующие усилители с точным значением
коэффициента усиления. Устройства, осуществляющие суммирование,
вычитание, дифференцирование, интегрирование и другие операции над
сигналом. Усилители, обеспечивающие усиление сигнала с большим
динамическим диапазоном.
Активные RC-фильтры и способы их реализации. Реализация активных
RC-фильтров с помощью операционных усилителей, охваченных частотнозависимой обратной связью.
Тема 23. АКТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ И ГЕНЕРАТОРЫ ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
LC-избирательные цепи, их амплитудно-частотные и фазочастотные
характеристики. Избирательные усилители с LC-цепями. Генераторы с LCцепями, условие самовозбуждения, стабильность генерируемой частоты и
амплитуды. Транзисторные генераторы и усилители с RC-цепями. Кварцевая
стабилизация частоты. Генераторы на ОУ.
106
Раздел 4. ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА
Тема 24. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧЕВЫЕ СХЕМЫ
Ключевой режим работы электронных приборов. Представление об
идеальном ключевом элементе. Параметры неидеальности ключевого элемента:
остаточные статические параметры, время включения и выключения. Ключевой
режим работы амплитудного ограничителя.
Одновходовый транзисторный ключ с ОЭ: статические режимы,
переходные процессы, быстродействие, методы повышения быстродействия
(ключи с барьером Шотки).
Ключи на ПТ. Ключи на комплементарных транзисторах. Сравнительные
характеристики ключей с нелинейной, квазилинейной и активной нагрузкой.
Тема 25. ЦИФРОВЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
Основы алгебры логики и ее основные законы. Логические функции
(сложение, умножение, инверсия). Реализация логических функций с помощью
электронных схем. Свойство двойственности логических элементов.
Одноступенчатая и двухступенчатая логики. Логические элементы и их
классификация. Базовые логические элементы цифровых интегральных
микросхем. Диодно-транзисторная логика; транзисторно-транзисторная логика
(ТТЛ). Микросхемы ТТЛ серий с открытым коллектором и правила их
схемного
включения.
Эмиттерно-связанная
логика.
Интегральная
инжекционная логика. Логические элементы на МДП-транзисторах. Параметры
цифровых интегральных логических схем.
Тема 26. ТРИГГЕРЫ
Принципы построения устройства с двумя статическими состояниями
устойчивого равновесия и основные области их использования.
Классификация триггеров по функциональному признаку (синхронные,
асинхронные), условные обозначения. Динамические, установочные и
управляющие входы асинхронного триггера. Особенности использования в
цифровых устройствах синхронных триггеров без внутренней задержки
(примитивных), с внутренней задержкой и динамическим тактовым входом.
Триггеры на потенциальных логических элементах: с установочными
входами (асинхронный SR-триггер, синхронный RS-триггер, D-триггер, T-триггер, MS-триггер, IK-триггер). Параметры триггеров.
Тема 27. ЦИФРОАНАЛОГОВЫЕ УСТРОЙСТВА
Коммутаторы аналоговых сигналов. Переключатели напряжения и тока,
их основные характеристики, варианты схемной реализации на диодах и
транзисторных ключевых элементах. Активные коммутаторы.
Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП). Коммутируемые делители
напряжения и тока, их основные характеристики, особенности интегрального
исполнения. Параметры ЦАП.
107
Генераторы линейно изменяющегося (развертывающего) напряжения
(ГЛИН) - основные характеристики и области использования ГЛИН,
структурные схемы, сравнительная характеристика ГЛИН с цифровым и
аналоговым интегрированием, разновидности схемной реализации ГЛИН с
аналоговым интегрированием (с простой RC-цепью, компенсационные с
положительной и отрицательной обратной связью).
Устройства выборки и хранения информации.
Тема 28. АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА
Амплитудные компараторы. Основные статические и динамические
характеристики синхронных и асинхронных компараторов. Безгистерезисные
асинхронные компараторы с параллельной и последовательной схемой сравнения.
Интегральные компараторы. Регенеративные асинхронные компараторы
(формирующие триггеры). Синхронные компараторы. Аналого-цифровые
преобразователи (АЦП). Их классификация по областям применения. Параметры
АЦП.
Тема 29. МУЛЬТИВИБРАТОРЫ
Ждущий и самовозбуждающийся мультивибратор с коллекторнобазовыми связями: схема, принцип действия, условия работоспособности,
переходные процессы формирования временно устойчивого состояния и
восстановления заряда на времязадающем конденсаторе. Модификация
основных схем.
Ждущие и самовозбуждающиеся мультивибраторы на логических
интегральных схемах: принцип действия, разновидности схемной реализации,
условия работоспособности и основные характеристики.
Мультивибраторы на ОУ - принцип действия и основные характеристики.
Тема 30. КОМБИНАЦИОННЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ
Методы структурного проектирования комбинационных схем. Примеры
построения и принцип работы типовых комбинационных схем - дешифраторы,
шифраторы, сумматоры, переключатели, комбинационные устройства сдвига.
Тема 31. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫЕ ЦИФРОВЫЕ СХЕМЫ
Понятие цифрового автомата. Структура и методы проектирования
последовательностных цифровых микросхем. Двоичные и двоично-десятичные
счетчики с последовательным и параллельным переносом. Счетчики с
заданным коэффициентом пересчета, кольцевые счетчики и счетчики
Джонсона. Реверсивные счетчики. Регистры сдвига с последовательным и
параллельным вводом и выводом информации. Генераторы чисел и
распределители импульсов. Интегральные схемы последовательностных
устройств.
108
Раздел 5. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
Тема 32. ВЫПРЯМИТЕЛИ
Принцип работы и схемы выпрямителей. Однополупериодные и
двухполупериодные схемы выпрямителей. Основные расчетные соотношения,
особенности работы на индуктивную и емкостную нагрузки. Умножение
напряжения. Фильтры выпрямителей.
Тема 33. СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА
Функциональные характеристики стабилизаторов. Параметрические
стабилизаторы напряжения и тока, источники опорного напряжения.
Компенсационные
стабилизаторы
напряжения
последовательного
и
параллельного типов. Особенности практических схем. ОУ в стабилизаторах
напряжения. Интегральные стабилизаторы напряжения, схемы включения,
характеристики. Компенсационные стабилизаторы тока.
Тема 34. КЛЮЧЕВЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ И СТАБИЛИЗАТОРЫ
Преобразователи постоянного напряжения в переменное. Принцип
действия и основные параметры транзисторных и тиристорных
преобразователей.
Регулируемые
выпрямители
и
преобразователи.
Фазоимпульсные и широтно-импульсные методы регулирования. Ключевые
стабилизаторы напряжения. Бестрансформаторные источники питания.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Электропроводность полупроводников (собственных и примесных).
Контактная разность потенциалов.
2. Полупроводниковые диоды: выпрямительные, стабилитроны, варакторы,
импульсные. Расчет простейших схем.
3. Биполярные транзисторы. Режимы работы, схемы включения, дифференциальные параметры, эквивалентные схемы.
4. Полевые транзисторы. Разновидности, режимы работы: обогащения и
обеднения. Статические параметры, эквивалентные схемы.
5. Задание режима работы по постоянному току в схемах с биполярными и
полевыми транзисторами.
6. Работа электронных приборов с нагрузкой.
7. Оптоэлектронные приборы.
8. Расчет одиночных усилительных каскадов по постоянному току, способы
задания рабочей точки.
9. Аналитический метод расчета усилителей.
10. Графоаналитический метод расчета выходных усилительных каскадов.
11. Изучение характеристик и параметров ОУ.
12. Расчет основных схем на основе ОУ.
13. Расчет характеристик и параметров ключевых схем.
14. Расчет простейших схем мультивибраторов.
15. Изучение функционирования базовых логических схем.
109
16. Анализ логических выражений, их минимизация с помощью карт Карно.
17. Проектирование и изучение функционирования последовательностных
цифровых схем.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Исследование характеристик и параметров полупроводниковых диодов
(выпрямительного, стабилитрона, варикапа, туннельного и др.).
2. Исследование характеристик и параметров БТ в схемах с ОБ и ОЭ.
3. Исследование малосигнальных, импульсных и частотных параметров БТ и
их зависимостей от рабочего режима и температуры.
4. Исследование характеристик и параметров ПТ.
5. Исследование малосигнальных, импульсных и частотных параметров ПТ и
их зависимости от рабочего режима и температуры.
6. Исследование характеристик и параметров тиристоров.
7. Исследование
характеристик
и
параметров
полупроводниковых
оптоэлектронных приборов (светодиоды, фотодиоды, фототранзисторы).
8. Исследование характеристик и параметров оптронов.
9. Исследование характеристик и параметров триода и пентода.
10. Исследование цепей стабилизации режима работы транзистора по
постоянному току.
11. Исследование усилительных каскадов в схеме с ОЭ, ОИ.
12. Исследование эмиттерного и истокового повторителей.
13. Исследование влияния обратных связей на параметры и характеристики
усилителей.
14. Исследование характеристик и параметров ОУ.
15. Исследование устройств для обработки аналоговых сигналов на основе ОУ
(инвертирующий, неинвертирующий усилители, устройства суммирования,
вычитания, дифференцирования и др.).
16. Исследование ключевых схем.
17. Исследование характеристик и параметров логических устройств.
18. Исследование характеристик триггеров на логических элементах.
19. Исследование характеристик ГЛИН.
20. Исследование характеристик и параметров мультивибратора.
21. Исследование интегрального ЦАП и АЦП.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ РАБОТ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
110
Усилитель низкой частоты.
Усилитель высокой частоты.
Генератор низкой частоты.
Генератор высокой частоты.
Широкополосный усилитель.
Импульсный усилитель.
7. Импульсный генератор.
8. Генератор линейно изменяющегося напряжения.
9. Стабилизированный источник питания.
10. Стабилизированный кварцевый генератор.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ
1. Программа P-CAD и P-Spice для схемотехнического моделирования на
ПЭВМ.
2. Система схемотехнического моделирования MicroCap V.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Булычев А.Л., Лямин П.М., Тулинов Е.С. Электронные приборы. – Мн.:
Выш. шк., 1999.
2. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника / Под ред.
Н.Д. Федорова. – М.: Радио и связь, 1998.
3. Аваев Н.А., Шишкин Г.Г. Электронные приборы / Под ред.
Г.Г. Шишкина. – М.: Изд-во МАИ, 1996.
4. Электронные приборы / Под ред. Г.Г. Шишкина. – М.: Энергоатомиздат,
1989.
5. Опадчий Н.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая
электроника. – М.: Горячая Линия – Телеком, 1999.
6. Быстров Ю.А., Мироненко И.Г., Хижа Г.С. Электронные цепи и устройства. –
СПб.: Энергоатомиздат, Санкт-Петербургское отд-ние, 1999.
7. Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций. – СПб.: Корона - принт,
1998.
8. Игумнов Д.В., Костюнина Г.П. Полупроводниковые усилительные
устройства. – М.: Радио и связь, 1997.
9. Завадский В.А. Компьютерная электроника. – К.: Век, 1996.
10. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. – М.: Высш. шк., 1991.
11. Фролкин В.Т, Попов Л.Н. Импульсные цифровые устройства. – М.: Радио и
связь, 1992 .
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Аваев Н.А., Наумов Ю.Г., Фролкин В.Т. Основы микроэлектроники. – М.:
Радио и связь, 1991.
2. Тугов Н.М., Глебов Б.А., Чарыков Н.А. Полупроводниковые приборы. – М.:
Энергоатомиздат, 1990.
3. Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. – М.: Высш.
шк., 1987.
111
Батушев В.А. Электронные приборы. – М.: Высш. шк., 1980.
Ногин В.М. Аналоговые электронные устройства. – М.: Радио и связь, 1992.
Остапенко Г.Е. Усилительные устройства. – М.: Радио и связь, 1989.
Алексенко А.Г, Шагурин И.И. Микросхемотехника. – М.: Радио и связь,
1990.
8. Игумнов Д.В., Костюнина Г.П. Полупроводниковые устройства
непрерывного действия. – М.: Радио и связь, 1990.
9. Ткаченко Ф.А. Техническая электроника. – Мн.: Дизайн ПРО, 2000.
10. Валенко В.С., Хандогин М.С. Электроника и микросхемотехника. – Мн.:
Беларусь, 2000.
4.
5.
6.
7.
112
Утверждена
Министерством образования
Республики Беларусь
« 24 » июня 2001 г.
Регистрационный № ТД -128/ тип
X. ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТЯМ ЭЛЕКТРОРАДИОТЕХНИКИ
И ИНФОРМАТИКИ
113
Составители:
И.С. Асаенок - заведующий кафедрой производственной и экологической
безопасности Белорусского государственного университета информатики и
радиоэлектроники, доктор медицинских наук;
Е.В. Новиков - доцент кафедры производственной и экологической
безопасности Белорусского государственного университета информатики и
радиоэлектроники, кандидат технических наук.
Рецензенты:
С.А. Хорева - профессор кафедры экологии Белорусской государственной
политехнической академии, доктор биологических наук;
В.Ф. Иконников - заведующий лабораторией Института проблем
использования природных ресурсов и экологии НАН Беларуси, кандидат
биологических наук.
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой производственной и экологической безопасности Белорусского
государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол
№ 10 от 26 июня 2000 г.);
Советом Белорусского государственного университета информатики и
радиоэлектроники (протокол № 4 от 23 ноября 2000 г.).
Согласована с:
Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по
образованию в области электрорадиотехники и информатики;
Главным управлением высшего и среднего специального образования;
Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса
Республиканского института высшей школы БГУ.
114
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Основы экологии» разработана с целью
формирования у студентов на основе изучения основ общей и прикладной
экологии функционального экологического мышления и направлена на
обеспечение поддержки идей устойчивого развития, сохраняющего земную
биосферу как общий дом человечества.
Целью изучения дисциплины является формирование специалиста,
который четко представляет круг проблем обеспечения устойчивого развития и
научно-инженерные способы охраны окружающей среды. Изучение
дисциплины предполагает тесную интеграцию знаний об окружающей среде и
предмете профессиональной подготовки, позволяющую предвидеть и решать
экологические проблемы в рамках индивидуальной специализации студентов.
В задачи дисциплины входит:
- развить представление о человеке как части природы о единстве и
самоценности всего живого и о невозможности выживания человека без
сохранения биосферы;
- обучить грамотному восприятию явлений, связанных с жизнью человека в
природной среде, в том числе и его профессиональной деятельностью;
- ознакомить с новыми перспективными «экологически чистыми» ресурсо- и
энергосберегающими технологиями и методами природопользования.
Изучение дисциплины «Основы экологии» является обязательным
элементом фундаментальной подготовки специалистов и основой того, что
выпускник университета сможет в ходе своей профессиональной деятельности
осуществлять интеллектуальное, образовательное и инженерное обеспечение
сохранения устойчивого состояния окружающей среды, экологического
разнообразия и природно-ресурсного потенциала государства.
Программа составлена в соответствии с требованиями Закона Республики
Беларусь «Об охране окружающей среды» и образовательного стандарта и
рассчитана на 36 часа аудиторных занятий. Примерное распределение учебных
часов по видам занятий: лекций – 18 часов, практических занятий – 18 часов.
В результате освоения курса «Основы экологии» студент должен:
знать:
- закономерности развития жизни на Земле и принципы устройства биосферы;
- закономерности функционирования экологических систем, их структурнофункциональные особенности, включая потоки энергии и круговороты
веществ;
- последствия антропогенного воздействия на природу, состояние и проблемы
природной среды Беларуси;
- место и роль человека в системе «человек – окружающая среда», опасные
факторы природного и техногенного происхождения;
уметь характеризовать:
- специфику экологических подходов к организации современного
115
промышленного производства и других видов деятельности человека;
- взаимозависимости между деятельностью человека, состоянием окружающей
среды и здоровьем людей;
- собственную позицию и отношение к проблемам защиты среды обитания и
окружающей природной среды;
уметь анализировать:
- качество среды обитания;
- хозяйственно-экономические механизмы, определяющие степень антропогенного давления на природную среду;
приобрести навыки:
- применения нормативно-правовых документов в сфере управления
природопользованием;
- организации мониторинга состояния окружающей среды;
- экономической оценки природных ресурсов, ущерба от загрязнения природной среды;
- имитационного моделирования поведения экосистем;
- реализации конкретных механизмов снижения антропогенного давления на
природную среду.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Для целей преподавания дисциплины используются следующие основные
понятия и определения:
БЕЗОПАСНОСТЬ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ - состояние, при котором
взаимодействие природного комплекса и человека определяется как устойчивое
(гомеостатическое).
ГОМЕОСТАЗ - состояние подвижного равновесия (или устойчивого
неравновесия) экосистемы, поддерживаемое сложными приспособительными
реакциями входящих в нее живых организмов.
ЕМКОСТЬ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ - максимальное количество вещества,
которое может быть вовлечено экосистемой (или природно-технической
системой) в круговорот без нарушения стабильного состояния (гомеостаза) и
способности к саморегуляции.
ИНЖИНИРИНГ
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ
механизм
обеспечения
оптимального и кратчайшего по времени пути от теоретической постановки
задачи регулирования экологических процессов до ее реального выполнения в
виде технических устройств или технологий.
КАТАСТРОФА ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ - неуправляемая ситуация,
возникающая вследствие ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КРИЗИСА, приводящая к
необратимым тяжелым последствиям вплоть до возникновения на Земле
условий, непригодных для жизни людей.
КАЧЕСТВО СРЕДЫ - степень соответствия природных условий
потребностям живых существ (включая людей).
116
КРИЗИС ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ - переломный момент, острое состояние в
развитии биосферы, характеризующееся дестабилизацией динамического
равновесия, вызванное необдуманным стихийным развитием человечества.
МОНИТОРИНГ - инструментальный контроль за состоянием живых и
неживых объектов, какие-либо изменения которого свидетельствуют о
динамике экосистемы под воздействием антропогенного фактора. В
зависимости
от
пространственных
параметров
рассматриваемых
(контролируемых) экосистем следует различать глобальный, региональный и
локальный мониторинг.
НООСФЕРА- состояние биосферы, обеспечивающее УСТОЙЧИВОЕ
РАЗВИТИЕ благодаря применению человечеством осознанной рациональной
стратегии взаимодействия со средой.
НОРМИРОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ - количественная оценка реакции
экосистемы на любой вид антропогенного воздействия.
ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ - совокупность всех форм эксплуатации
человеком природно-ресурсного потенциала определенной территории
(акватории) и мер по его сохранению.
РАЗВИТИЕ УСТОЙЧИВОЕ
- совершенствование техносферы в
условиях стабильности окружающего природного комплекса без сокращения
экологического разнообразия и ущемления прав будущих поколений,
базирующееся на применении научно обоснованной стратегии взаимодействия
со средой.
РИСК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ - вероятность неблагоприятных для
экосистемы последствий при направленном антропогенном воздействии.
СИСТЕМА
ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ
устойчиво
взаимодействующие природный комплекс и технический объект.
СИСТЕМА ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ (ЭКОСИСТЕМА) - взаимодействующие
путем вещественного обмена живое сообщество (биоценоз) и окружающая
среда (биотоп).
УСТОЙЧИВОСТЬ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ - способность экосистемы
сохранять свою структуру и функциональные особенности при воздействии
внешних факторов.
ЭКОЛОГИЯ - наука о взаимодействии живых организмов (включая
человека) и их сообществ между собой и с окружающей средой.
ЭКОЛОГИЯ ПРАКТИЧЕСКАЯ - прикладная часть экологии,
направленная на использование научных результатов в практике
природопользования, наблюдения и контроля, образования и т.д.
ЭКОЛОГИЯ ИНЖЕНЕРНАЯ - раздел экологии, занимающийся
исследовательской, проектной и производственной деятельностью по созданию
природно-технических систем, отвечающим требованиям УСТОЙЧИВОГО
РАЗВИТИЯ.
117
Тема 1. ПРЕДМЕТ, ЗАДАЧИ И МЕТОДОЛОГИЯ КУРСА
Экология как наука, ее содержание, цели и задачи. Взаимосвязь экологии
с другими науками. Методы экологических исследований. Математическое и
имитационное
моделирование
эколого-экономических
систем.
Роль
экологического прогнозирования. Научные основы охраны окружающей среды.
Роль и формы экологического образования. Устойчивое развитие
человеческого общества. Экологизация производства и экономики.
Тема 2. БИОСФЕРА
Структура и
эволюция биосферы. Особенности живого вещества.
Основные принципы устройства биосферы, ее энергетика. Возникновение и
развитие ноосферы. Экологические проблемы индустриализации. Истощение
природных ресурсов и загрязнение окружающей среды в результате
хозяйственной
деятельности.
Глобальные
экологические
проблемы.
Взаимосвязь состояния здоровья с состоянием окружающей природной среды.
Проблемы урбанизации и народонаселения. Состояние окружающей среды и
здоровья населения Республики Беларусь.
Тема 3. СРЕДА И УСЛОВИЯ СУЩЕСТВОВАНИЯ ОРГАНИЗМОВ
Понятие «Среда обитания». Качество окружающей среды. Факторы
среды, их классификация. Важнейшие абиотические факторы и адаптация к
ним организмов. Концепция лимитирующих факторов. Биотические факторы,
разнообразие их проявления. Популяция как форма существования вида.
Динамика популяции. Биологические ритмы.
Тема 4. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Понятия «экосистема» и «биогеоценоз». Экологическая ниша. Динамика
и стабильность экосистем и биогеоценозов. Искусственные биоценозы,
агробиоценозы.
Биотехнологии. Энергетические характеристики среды.
Концепция продуктивности. Трофические цепи и трофические уровни.
Экологическая пирамида. Концентрация токсических соединений при
движении по пищевым цепям.
Тема 5. ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ И ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ
КАК ФАКТОР РАЗВИТИЯ
Природные ресурсы Земли. Классификация природных ресурсов, их
экологическое и хозяйственное значение. Природные условия. Природные
условия и ресурсы как фактор развития общества и производства. Природные
ресурсы как лимитирующий фактор экономического развития. Природноресурсный потенциал, его оценка. Природно-ресурсный потенциал Республики
Беларусь.
Тема 6. ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ
Источники
118
загрязнения
биосферы.
Классификация
загрязнений
биосферы. Вредные вещества, излучения и поля. Токсичность и опасность
вредных веществ. Порог действия вредных веществ и понятие предельно
допустимой концентрации и предельно допустимого выброса. Нормирование
содержания вредных примесей в составляющих биосферы.
Предельно
допустимые выбросы примесей. Пути обеспечения качества природной среды.
Рассеивание выбросов. Особенности нормирования содержания вредных
веществ в атмосфере. Источники загрязнения гидросферы и разрушения почв.
Природные циклы и производственный цикл. Основные причины
образования отходов. Активные и пассивные методы защиты окружающей
среды. Безотходное производство.
Тема 7. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ СИСТЕМНОГО
АНАЛИЗА В ЭКОЛОГИИ
Методологические
принципы
оценки
состояния
экосистем.
Математические модели экологических объектов и процессов. Моделирование
и прогнозирование развития экологических ситуаций. Оперативная обработка
экологической
информации.
Статистическая
интерпретация
данных
экологического мониторинга. Оценка действия экстремальных факторов
внешней среды, последствий глобальных природных и техногенных катастроф.
Информационная поддержка разработки управляющих решений и выбора
способов и средств защиты.
Тема 8. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕХАНИЗМА УПРАВЛЕНИЯ
ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕМ
Экономический и социальный ущерб от загрязнения и истощения
окружающей
природной
среды.
Экономическая
эффективность
природоохранных мероприятий. Показатели эффективности и методика их
определения.
Основные источники
финансирования природоохранной
деятельности. Особенности ее эколого-экономического планирования. Пути
совершенствования
системы
планирования
и
прогнозирования.
Организационные структуры управления в сфере природопользования.
Тема 9. НОРМАТИВНО-ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРИРОДООХРАННОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ
Права и обязанности граждан в области охраны окружающей среды.
Законы Республики Беларусь «Об охране окружающей среды», «Об отходах
производства и потребления» и «О государственной экологической
экспертизе». Структура государственных органов по охране окружающей
среды в Республике Беларусь. Министерства и ведомства, осуществляющие
контроль и наблюдение за состоянием окружающей среды. Государственные
стандарты в области охраны окружающей среды. Экологический паспорт
промышленного
предприятия.
Ответственность
за
экологические
правонарушения.
Возмещение
вреда,
причиненного
нарушениями
природоохранного законодательства.
119
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Математическое и имитационное моделирование эколого-экономических
систем. Моделирующая программа «Регион».
2. Эволюция биосферы. Экологические кризисы в истории взаимоотношений
человека и общества. Экологические проблемы современности, их
глобальный
характер.
Система
международного
экологического
сотрудничества. Фильм из серии «Спешите спасти планету».
3. Динамика и стабильность экологических систем. Моделирование
популяционных отношений в экосистемах.
4. Природные ресурсы и природные условия. Их классификация и
хозяйственно-экономическая оценка. Оценка различных видов ресурсов.
5. Управление качеством природной среды. Понятие предельно допустимых
концентраций и выбросов.
6. Оценка экономического ущерба от загрязнения природной среды. Расчет
экономической эффективности природоохранных мероприятий.
7. Экологический паспорт промышленного предприятия.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ МЕТОДИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
1. Комплект учебных фильмов по основам экологии «Спешите спасти
планету».
2. Компьютерная моделирующая программа «Водоем».
3. Компьютерная моделирующая программа «Атмосфера».
4. Компьютерная программа «Экологический паспорт предприятия».
5. Компьютерная программа «Экологический налог».
6. Комплекты учебных пособий по основам экологии.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Закон Республики Беларусь «Об охране окружающей среды».
2. Закон
Республики Беларусь «О государственной экологической
экспертизе».
3. Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология. - М.: Высш. шк., 1988.
4. Одум Ю.П. Экология. Т.1,2. - М.: Мир, 1986.
5. Реймерс Н.Ф. Охрана природы и окружающей человека среды. - М.:
Просвещение, 1992.
6. Новиков Е.В. Основы экологии. - Мн.: БГУИР, 1999.
7. Новиков Е.В. Экологические системы. - Мн.: БГУИР, 1999.
8. Небел Б. Наука об окружающей среде. - М: Мир, 1993.
8. Шимова О.С., Соколовский Н.К. Основы экономики природопользования. –
Мн.: Экоперспектива, 1995.
120
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Сытник К.М., Брайон А.В., Гордецкий А.В. Биосфера, экология, охрана
природы. - Киев: Навукова думка, 1987.
2. Осипов Г.И. Правовая охрана окружающей среды. - М.: Знание, 1978.
3. Чернова Н.М., Былова А.М. Экология. - М.: Просвещение, 1988.
4. Реймерс Н.Ф. Популярный биологический словарь. - М.: Наука, 1991.
5. Владимиров А.М., Ляхин Ю.И., Матвеев Л.Т., Орлов В.Г. Охрана
окружающей среды. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991.
6. Ивченко Б.П., Мартыщенко Л.А. Информационная экология. - СПб.:
Нордмедиздат, 1998.
7. Голуб А.А., Струкова Е.Б. Экономика природопользования. - М.: 1995.
121
122
Утверждена
Министерством образования
Республики Беларусь
« 24 » июня 2001 г.
Регистрационный № ТД -129 / тип
XI. МЕТРОЛОГИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТЯМ ЭЛЕКТРОРАДИОТЕХНИКИ И ИНФОРМАТИКИ
123
Составители:
А.Г. Архипенко - доцент кафедры метрологии и стандартизации Белорусского
государственного университета информатики и радиоэлектроники, кандидат
технических наук;
А.П. Белошицкий - доцент кафедры метрологии и стандартизации
Белорусского
государственного
университета
информатики
и
радиоэлектроники, кандидат технических наук;
С.В. Ляльков - доцент кафедры метрологии и стандартизации Белорусского
государственного университета информатики и радиоэлектроники, кандидат
технических наук.
Рецензенты:
Кафедра стандартизации, метрологии и информационных систем
Белорусской государственной политехнической академии;
И.Г. Довгялло - заведующий кафедрой «Детали машин и ПТУ» Белорусского
государственного технологического университета, кандидат технических наук,
доцент.
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой метрологии и стандартизации Белорусского государственного
университета информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 30 октября
2000 г.);
Советом Белорусского государственного университета информатики и
радиоэлектроники (протокол № 4 от 23 ноября 2000 г.).
Согласована с:
Учебно-методическим объединением вузов
Республики Беларусь по
образованию в области электрорадиотехники и информатики;
Главным управлением высшего и среднего специального образования;
Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса
Республиканского института высшей школы БГУ.
124
ПЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Значение дисциплины «Метрология и измерения» при подготовке
инженеров радиотехнического профиля непрерывно возрастает в соответствии
с возрастанием роли различных радиоэлектронных систем во всех сферах
деятельности государства и повседневной жизни людей. Исходя из этого
необходимо более эффективно использовать новейшие достижения науки и
техники для обеспечения полного удовлетворения потребности предприятий,
организаций и населения в изделиях радиоэлектроники, услугах связи и т.д. В
этом плане исключительно велика роль радиовещания и телевидения как
средств массовой информации. Дисциплина «Метрология и измерения»
систематизирует и углубляет полученные ранее знания, умения и навыки и
создает фундамент для завершения этой подготовки на последующих этапах
обучения.
Она
обеспечивает
базовую
подготовку
инженеров
радиотехнического профиля в области метрологии, стандартизации и
электрорадиоизмерений, которая должна непрерывно действовать во время
всего периода обучения.
Целью преподавания данной дисциплины является приобретение
студентами знаний и навыков в области метрологии, стандартизации и
электрорадио- и других видов измерений, а также умение практически
применить полученные знания для повышения качественных показателей
радиотехнических изделий.
Программа составлена в соответствии с требованиями образовательных
стандартов специальностей Т.07.01.00, Т.07.03.00, Т.08.01.00 - Т.08.03.00,
Т.09.01.00 - Т.09.03.00,
Т.10.01.00 - Т.10.04.00,
Т.11.01.00, Т.12.01.00
(РД РБ 02100.5.103-98 - РД РБ 02100.5.116-98) и рассчитана на объем 50
учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий:
лекций – 34 часа; лабораторных работ – 8 часов; практических занятий –
8 часов.
Основные задачи изучения дисциплины определяются требованиями к
подготовке инженеров радиотехнического профиля, вытекающими из ее роли в
системе непрерывной профессиональной подготовки студентов, а также из
требований вышеперечисленных образовательных стандартов.
В результате изучения дисциплины студенты должны
знать:
- государственную систему стандартизации, основные категории и виды
стандартов, установленных в РБ; основные методы и направления работ по
стандартизации и возможности их реализации применительно к задачам
радиоэлектроники, информатики и связи;
- основные принципы, методы и средства измерений электрических,
магнитных, теплотехнических, линейно-угловых и других величин в широком
диапазоне частот и роких пределах значений измеряемых величин;
125
- основы теории погрешностей и метрологического обеспечения разработки,
производства, эксплуатации и качества изделий радиоэлектроники и средств
связи;
- конкретные типы современных отечественных электро- и радиоизмерительных приборов;
приобрести навыки и качества:
- эффективного пользования стандартами всех категорий и видов, применения
основных методов стандартизации;
- метрологически правильного выбора метода измерения;
- методически правильного выполнения измерений, оценки точности и оформления результатов измерений в соответствии с действующей нормативной
документацией;
- эксплуатации современной отечественной электро- и радиоизмерительной
аппаратуры в процессе разработки, производства и эксплуатации
радиоэлектронных средств;
уметь характеризовать:
- основные проблемы и понятия метрологии, стандартизации и измерительной
техники;
- влияние метрологии и стандартизации на научно-технический прогресс в
обществе;
- связь метрологии с наукой и производством радиоэлектронных средств;
- состояние нормативных документов на параметры изделий радиоэлектроники;
- связь контроля и диагностики параметров изделий с обеспечением их качества;
- составляющие погрешностей результатов измерений;
уметь анализировать:
- место и роль метрологии и стандартизации в жизнедеятельности человека и
общества;
- методы измерений и примеряемые средства измерений;
- погрешности результатов измерений и средств измерений;
- основные методы стандартизации и их взаимосвязь с метрологией и обеспечением качества продукции;
- результаты измерений параметров изделий радиоэлектроники
Дисциплина «Метрология и измерения» методически тесно связана с
другими дисциплинами данных специальностей.
Материал программы дисциплины базируется на знаниях, полученных
студентами при изучении следующих дисциплин: высшая математика, физика,
теория вероятностей и математическая статистика, дискретная математика,
электротехника,
электронные
приборы,
техническая
электроника,
электромагнитные поля и волны, цифровая и вычислительная техника.
126
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ
Тема 1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТРОЛОГИИ И ИЗМЕРЕНИЯХ.
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Введение. Роль измерений в науке, технике и других сферах деятельности
страны. Значение дисциплины в подготовке инженеров по телекоммуникациям,
ее задачи и содержание. Рекомендуемая литература.
Основные термины и определения в области метрологии: метрология,
физические величины и их единицы, измерения и их виды, принципы и методы
измерений, погрешности измерений и их разновидности, средства измерений,
их общая характеристика, погрешности средств измерений.
Тема 1.2. СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ ПОГРЕШНОСТИ
Классификация систематических погрешностей. Способы обнаружения и
оценки систематических погрешностей. Способы уменьшения систематических
погрешностей. Суммирование неисключенных остатков систематических
погрешностей.
Тема 1.3. СЛУЧАЙНЫЕ ПОГРЕШНОСТИ И ОБРАБОТКА
РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
Математическое описание случайных погрешностей и их вероятностные
характеристики. Точечная и интегральная оценки случайных погрешностей
прямых равноточных измерений. Критерий грубых погрешностей. Оценка
случайных погрешностей косвенных измерений. Критерий ничтожных
погрешностей.
Обработка результатов многократных наблюдений при прямых и
косвенных измерениях. Оценка суммарной погрешности результата измерения.
Оценка погрешности измерения с однократными наблюдениями. Формы
представления результатов измерений. Особенности обработки результатов
измерений и оценки погрешностей с помощью ПЭВМ.
Тема 1.4. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ
Основные положения метрологического обеспечения. Государственная
система обеспечения единства измерений. Метрологическая служба. Передача
размера единиц электрических величин. Эталоны. Поверочные схемы.
Раздел 2. ОСНОВЫ СТАНДАРТИЗАЦИИ
Тема 2.1. СУЩНОСТЬ СТАНДАРТИЗАЦИИ, ЕЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ
Основные цели и задачи стандартизации. Роль стандартизации в
ускорении научно-технического прогресса, повышения эффективности
127
производства и улучшения качества продукции. Основные термины и
определения.
Тема 2.2. ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА СТАНДАРТИЗАЦИИ
Государственный комитет Республики Беларусь по стандартизации,
метрологии и сертификации (Госстандарт РБ) – руководящий центр работ по
стандартизации и метрологии в Республике Беларусь. Классификация органов и
служб стандартизации. Задачи и функции органов и служб стандартизации всех
категорий, правовое положение. Органы и службы стандартизации в
радиоэлектронике и связи применительно к специальности.
Категории и виды стандартов. Объекты стандартизации. Объекты
стандартизации в радиоэлектронике и связи. Характеристика стандартов всех
категорий применительно к специальности.
Тема 2.3. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СТАНДАРТИЗАЦИИ
Система органов государственного надзора и ведомственного контроля
над внедрением и соблюдением стандартов и других нормативных документов
по стандартизации. Ответственность за несоблюдение стандартов и выпуск
некачественной продукции.
Система предпочтительных чисел, ограничение, типизация, унификация
и агрегатирование как основные методы стандартизации. Характеристика и
роль каждого из методов. Комплексная и опережающая стандартизация,
специализация и кооперирование на базе стандартизации.
Основные системы стандартов в радиоэлектронике и связи (ЕСКД,
ЕСТД, ЕСТПП и др.). Основы классификации и кодирования информации.
Государственная система классификации и кодирования информации.
Государственная
система
классификации
и
кодирования
(ГСКК).
Международная классификация изобретений (МКИ).
Тема 2.4. МЕЖДУНАРОДНАЯ СТАНДАРТИЗАЦИЯ
Значение международной стандартизации для развития отечественной
стандартизации, экономических и культурных связей между странами.
Международные организации по установлению единых норм, требований и
методов испытаний оборудования радиоэлектроники и связи: МККР, ИСО,
МККТТ, МЭК и др. Международные системы стандартов.
Раздел 3. ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Тема 3.1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ИЗМЕРЕНИЙ
Классификация средств измерений физических величин и принятая
система их обозначений. Технические и метрологические характеристики
средств измерений. Нормирование метрологических характеристик. Общие
требования к средствам измерений. Общие структурные схемы приборов
прямого преобразования и сравнения, их краткая характеристика.
128
Тема 3.2. ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
Измеряемые параметры тока и напряжения. Классификация методов и
приборов для измерения тока и напряжения. Измерение тока и напряжения
электромеханическими приборами. Общие сведения об электромеханических
приборах и их классификация по способу преобразования электромагнитной
энергии в механическую. Магнитоэлектрические приборы. Принцип работы,
устройство, область применения и основные характеристики. Расширение
пределов измерений.
Измерение тока и напряжения на радиочастотах. Выпрямительные и
термоэлектрические амперметры. Принцип работы, область применения и
основные характеристики.
Измерение напряжения электронными аналоговыми
вольтметрами.
Аналоговые вольтметры прямого преобразования и сравнения. Типовые
структурные схемы и основные функциональные узлы аналоговых
вольтметров. Селективные вольтметры. Зависимость показаний вольтметров от
формы кривой измеряемого напряжения.
Измерение напряжения электронными цифровыми вольтметрами. Общие
сведения о цифровых измерительных приборах и классификация цифровых
вольтметров. Цифровые вольтметры постоянного тока, реализующие времяимпульсный, частотно-импульсный и кодоимпульсный методы аналогоцифрового преобразования. Цифровые вольтметры переменного тока.
Универсальные цифровые вольтметры и мультиметры. Основные узлы
цифровых вольтметров.
Тема 3.3. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ
Общие сведения (понятия мгновенной, средней, импульсной, полной,
активной и реактивной мощности) и классификация методов и приборов для
измерения мощности.
Измерение поглощаемой мощности на высоких и сверхвысоких частотах.
Тепловые методы измерения мощности: болометрический (термисторный) и
термоэлектрический. Электронные методы: метод вольтметра и метод с
использованием «горячих» носителей тока.
Измерение проходящей мощности. Метод с использованием
направленных ответвителей, метод поглощающей стенки, метод с
использованием эффекта Холла и пондеромоторный метод.
Тема 3.4. ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ И ИНТЕРВАЛОВ ВРЕМЕНИ
Общие сведения и классификация приборов для измерения частоты и
интервалов времени. Принципы и методы измерений частотных и временных
параметров в различных частотных диапазонах.
Резонансные частотомеры, принцип работы, устройство и область
применения.
129
Цифровые частотомеры. Типовая структурная схема цифрового
частотомера, основные режимы работы и параметры цифровых частотомеров.
Частотомеры низких, высоких и сверхвысоких частот.
Тема 3.5. ИЗМЕРЕНИЕ ФАЗОВОГО СДВИГА
Общие сведения и классификация методов и приборов для измерения
фазового сдвига.
Метод суммы и разности напряжений. Нулевой метод. Метод
преобразования фазового сдвига в интервал времени. Цифровые фазометры.
Гомодинные и гетеродинные фазометры.
Тема 3.6. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМЫ, СПЕКТРА
И НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ СИГНАЛОВ
Классификация приборов для исследования формы электрических
сигналов. Электронно-лучевые осциллографы. Обобщенная структурная схема
и основные параметры осциллографов.
Универсальные осциллографы и их основные разновидности:
одноканальные, многоканальные и многолучевые, многофункциональные и
цифровые осциллографы. Скоростные, стробоскопические и запоминающие
осциллографы. Осциллографические измерения и их автоматизация.
Анализ спектра сигналов. Общие сведения и краткая характеристика
методов и способов анализа спектра. Фильтровые и цифровые анализаторы
спектра. Анализаторы гармоник. Основные параметры и область применения
анализаторов.
Измерение параметров модуляции. Основные виды
модуляции и измеряемые параметры. Измерение коэффициента амплитудной
модуляции, девиации частоты и индекса частотной модуляции.
Тема 3.7. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
Принципы построения и классификация измерительных генераторов.
Обобщенная структурная схема и основные параметры измерительных
генераторов.
Измерительные
генераторы
гармонических
сигналов.
Низкочастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные генераторы.
Генераторы качающейся частоты. Синтезаторы частоты.
Измерительные генераторы импульсов и специальной формы.
Генераторы шумовых сигналов.
Тема 3.8. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОМПОНЕНТОВ И ЦЕПЕЙ
С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПОСТОЯННЫМИ
Классификация методов и приборов для измерения параметров цепей с
сосредоточенными постоянными.
Измерение параметров двухполюсников. Магнитоэлектрические и
электронные омметры. Мостовые измерители параметров двухполюсников.
Основы теории и классификация измерительных мостов. Измерительные мосты
постоянного и переменного токов. Резонансные измерители параметров
130
двухполюсников контурного и генераторного типов. Цифровые измерители
параметров двухполюсников.
Измерение параметров четырехполюсников. Измерители амплитудночастотных, фазочастотных и амплитудных характеристик четырехполюсников.
Тема 3.9. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Общие сведения о применении электрических методов и средств
измерений для измерения неэлектрических величин. Классификация
измерительных преобразователей неэлектрических величин в электрические.
Параметрические
измерительные
преобразователи:
краткая
характеристика и особенности отдельных их видов. Генераторные
преобразователи: основные виды и их характеристики.
Измерительные
цепи,
используемые
с
рассмотренными
преобразователями.
Применение
параметрических
и
генераторных
преобразователей для измерения неэлектрических величин.
Тема 3.10. ИЗМЕРЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
Классификация средств измерения геометрических параметров.
Штриховые и концевые средства длины, угловые меры. Калибры. СИ общего
назначения: штанген- и микрометрические инструменты, угломеры,
механические измерительные приборы с различными типами передач.
Оптические и оптико-механические измерительные приборы.
Выбор методов и средств измерений и контроля геометрических
параметров.
Тема 3.11. АВТОМАТИЗАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
Основные направления и принципы автоматизации. Частичная и полная
автоматизация. Применение микропроцессоров в измерительных приборах.
Измерительно-вычислительные комплексы. Информационно-измерительные
системы. Примеры реализации.
Агрегатирование средств измерений. Принципы построения агрегатных
комплексов средств измерений. Примеры реализаций в измерительной технике.
Общие сведения об интерфейсах агрегатных комплексов средств
измерений. Особенности реализации и применения последовательного связного
интерфейса RS-232C и параллельного интерфейса IEEE-488 (КОП).
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
Характеристики средств измерений.
Обработка результатов измерений с однократными наблюдениями.
Обработка результатов многократных наблюдений при прямых измерениях.
Обработка результатов многократных наблюдений при косвенных
измерениях.
5. Государственная система стандартизации.
1.
2.
3.
4.
131
6. Методические основы стандартизации.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Аналоговые и цифровые комбинированные приборы для измерения сил
тока, напряжения и сопротивления.
2. Измерение мощности.
3. Измерение частотных и временных параметров сигналов цифровым
частотомером.
4. Исследование методов и средств измерения фазового сдвига.
5. Исследование универсального электронно-лучевого осциллографа.
6. Анализ спектра, измерение параметров модуляции и нелинейных
искажений сигналов.
7. Измерение параметров двухполюсников и четырехполюсников.
8. Измерение геометрических параметров деталей.
9. Оптические и оптико-механические средства измерений.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Метрология, стандартизация и измерения в технике связи: Учеб. пособие
для вузов / Под ред. Б.П.Хромого. - М.:Радио и связь, 1986.
2. Елизаров А.С. Электрорадиоизмерения. - Мн.: Высш. шк., 1986.
3. Мирский Г.Я. Электронные измерения. - М.: Радио и связь, 1986.
4. Шишкин И.Ф. Основы метрологии, стандартизации и управление
качеством: Учеб. пособие. - М.: Изд-во стандартов, 1990.
5. Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений.- М.:
Мир, 1990.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Архипенко А.Г., Белошицкий А.П., Ляльков С.В. Метрология,
стандартизация и сертификация: Учеб. пособие. B 3 ч. – Мн.: БГУИР, 1997.
2. Белошицкий А.П. и др. Метрология и измерения: Учеб.-метод. пособие для
индивидуальной работы студентов / Под общ. ред. С.В. Лялькова. – Мн.:
БГУИР, 1999.
3. Архипенко А.Г. Основы метрологии и измерительная техника: Тексты
лекций. В 2 ч. - Мн: МРТИ, 1989.
4. Винокуров В.И., Каплин С.И., Петелин И.Г. Электрорадиоизмерения:Учеб.
пособие для радиотехн. спец. вузов / Под ред. В.И. Винокурова. 2-е изд. М.: Высш. шк., 1986.
132
5. Верник С.М., Кушнир Ф.В., Рудницкий В.Б. Повышение точности
измерений в технике связи. - М.: Радио и связь, 1981.
6. Горлач А.А., Минц М.Я., Чинков В.Н. Цифровая обработка сигналов в
измерительной технике. - Киев: Техника, 1985.
7. Грановский В.А., Сирая Т.М. Методы обработки экспериментальных
данных при экспериментах. - Л.: Энергоатомиздат, 1990.
8. Кукуш В.Д. Электрорадиоизмерения. - М.: Радио и связь, 1985.
9. Малиновский В.П. Электрические измерения. - М.: Энергоатоммиздат,
1985.
10. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1985.
11. Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для вузов / Под
ред. Е.М.Душина. - Л.: Энергоатомиздат, 1987.
12. Сапаров В.Е., Максимов Н.А. Системы стандартов в электросвязи и
радиоэлектронике: Учеб. пособие для институтов. - М.: Радио и связь, 1985.
13. Тейлор Дж. Введение в теорию ошибок: Пер. с англ.- М.: Мир, 1985.
14. Цифровая осциллография / Под ред. А.М. Беркутова и Е.М. Прошина.- М.:
Энергоатомиздат, 1987.
15. Закон Республики Беларусь «Об обеспечении единства измерений».
16. Закон Республики Беларусь «О стандартизации».
НОРМАТИВНАЯ
Указывается в процессе чтения лекций и проведения лабораторных работ,
практических занятий (стандарты и технические условия).
133
СОДЕРЖАНИЕ
I.
Высшая математика…………………………………….………. 3
II.
Физика………………………………………………………….. 25
III.
Теория вероятности и математическая статистика………….. 41
IV.
Техническая механика…………………………………………. 47
V.
Начертательная геометрия и инженерная графика………….. 55
VI.
Программирование…………………………………………….. 65
VII. Химия…………………………………………………………… 73
VIII. Электротехника………………………………………………… 83
IX.
Электронные приборы………………………………………… 97
X.
Основы экологии…………………………………………….... 113
XI.
Метрология и измерения…………………………………….. 123
134