Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Государственное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»
Естественно-научный институт
полное наименование института, факультета
УТВЕРЖДАЮ
Заведующий кафедрой
_______________/В.А. Максименко/
подпись, Ф.И.О.
«__» _______________ 2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины
Электроника
____________________
(наименование дисциплины)
для специальности(ей) 21040165 «Физика и техника оптической связи»
(шифр и наименование специальности)
Составитель (и)
Окишев К.Н., доцент, Доронин И.С., преподователь
(Ф.И.О., должность, ученое звание)
Обсуждена на заседании кафедры «Оптические системы связи»
«__» _____________20___ г., протокол № _____
Одобрена на заседании методической комиссии
Естественно-научного института
(учебное структурное подразделение)
«__» _____________20___ г., протокол № _____
Председатель ________________________/__________________/
(подпись, Ф.И.О.)
2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине Электроника
специальности Физика и техника оптической связи
1 Цели и задачи дисциплины
1.1 Цель преподавания дисциплины
Целью преподавания дисциплины «Электроника», является подготовка высококвалифицированного специалиста по специальности
210401.65 «Физика и техника оптической связи», владеющего методами проектирования электронных устройств, способного выполнять исследовательские и расчетные работы по разработке аналоговых и
цифровых электронных приборов.
1.2 Задачи изучения дисциплины
Изучив дисциплину студент должен:
1.2.1 Знать и уметь использовать: принципы действия, разновидности и особенности использования полупроводниковых диодов и
транзисторов; основные понятия микроэлектроники, достоинства микроэлектронных
изделий,
иметь
представления
о
физикотехнологических процессах изготовления активных и пассивных элементов полупроводниковых и гибридных микросхем; структурные схемы операционных усилителей и дифференциальных усилительных
каскадов.
1.2.2 Владеть: методами расчета и проектирования современных
электронных приборов и устройств.
Для успешного изучения дисциплинарного модуля необходимо
хорошо освоить дисциплины «Высшая математика», «Физика», «Информатика» и «Дискретная математика».
Логические связи курса «Электроника» с обеспечивающими дисциплинами представлены в табл. 1.
Таблица 1
Логические связи курса «Электроника»
с другими дисциплинами
№
п/п
1
2
3
4
Наименование обеспечивающих
дисциплин
Высшая математика
Физика
Информатика
Дискретная математика
2
Элемент модуля
(раздел)
1
2
3
4
5
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
2 Состав и объем дисциплины
Дисциплина «Электроника» изучается в течение 4-го семестра (18
недель) и включает:
- лекций
- 18 часов
- лабораторных работ
- 18 часов
- итого аудиторных занятий - 36 часов
- самостоятельная работа
- 49 часов
- трудоемкость дисциплины - 3,5 зач.ед.
- рубежный контроль
-2
- экзамен
3 Структура дисциплины «Электроника»
Дисциплина «Электроника» включает в себя изучение элементов
модуля (разделов), перечисленных в таблице 2.
Таблица 2
Перечень элементов модуля (разделов) дисциплины
«Электроника»
№
1
2
3
4
Название элемента модуля (раздела)
Полупроводниковые диоды (разновидности полупроводниковых диодов и их особенности)
Транзисторы (принцип действия, схема включения, режимы
работы, статические характеристики, параметры, электрические модели, частотные и импульсные свойства биполярного
транзистора, полевого транзистора с управляющим электронно-дырочным переходом и переходом металл-полупроводник,
транзистора со структурой металл-диэлектрик-полупроводник
(МДП); принцип действия и вольтамперные характеристики
транзисторов)
Основы микроэлектроники (основные понятия микроэлектроники, достоинства микроэлектронных изделий; представление о физико-технологических процессах изготовлений активных и пассивных элементов полупроводниковых и гибридных микросхем; инвертор и усилительный каскад как основа
цифровых и аналоговых микросхем)
Операционные усилители (структурная схема операционного усилителя (ОУ), представление о дифференциальном усилительном каскаде, схемах сдвига уровней потенциала и выходного каскада; особенности включения ОУ)
3
Окончание таблицы 2
№
Название элемента модуля (раздела)
5
Современные технологии в микроэлектронике (проблемы
повышения степени интеграции; применение базового матричного кристалла; переход к функциональной электронике,
понятие о поверхностно-акустических волнах, цилиндрических
магнитных доменах, приборах с зарядовой связью)
4
4 Содержание лекционного курса
Перечень тем лекционного курса и их краткое содержание приведено в таблице 3.
Таблица 3
Тематическое содержание лекционного курса (модуль 1)
Элемент
модуля
1
Лекция
1
2
2
3
3
4
4
5
Тема, краткий перечень рассматриваемых
вопросов
Полупроводниковые диоды
Полупроводниковые материалы. Устройство и
основные физические процессы. Характеристики и параметры полупроводникового диода. Вольтамперная характеристика (ВАХ).
Разновидности полупроводниковых диодов.
Классификация и система обозначений.
Биполярные транзисторы
Устройство и основные физические процессы.
Характеристики и параметры. H-параметры
транзистора. Временные диаграммы и частотные свойства транзисторов. Классификация и
система обозначения.
Полевые транзисторы
Устройство и основные физические процессы.
Характеристики и параметры. Разновидности
полевых транзисторов. Классификация и система обозначения.
Основы микроэлектроники
Основные понятия микроэлектроники, достоинства микроэлектронных изделий. Представление о физико-технологических процессах
изготовлений активных и пассивных элементов полупроводниковых и гибридных микросхем. Элементы серий ТТЛ, ЭСЛ, КМОП. Серии аналоговых интегральных схем.
Операционные усилители
Краткое описание операционного усилителя.
Передаточная характеристика. Влияние различных факторов на выходное напряжение
операционного усилителя. Амплитудночастотная, фазочастотная характеристики
операционного усилителя и его эквивалентная
схема.
5
Кол-во
часов
2
4
2
4
4
Окончание таблицы 3
Элемент
модуля
5
Лекция
6
Тема, краткий перечень рассматриваемых
вопросов
Современные технологии в микроэлектронике
Проблемы повышения степени интеграции.
Применение базового матричного кристалла.
Переход к функциональной электронике, понятие о поверхностно-акустических волнах,
цилиндрических магнитных доменах, приборах с зарядовой связью.
Итого
6
Кол-во
часов
2
18
5 Содержание лабораторных работ
Целью лабораторных работ является приобретение практических
навыков анализа и синтеза электронных систем и компонентов.
Методическим обеспечением проведения лабораторных работ
являются учебники, методические указания и пособия.
Таблица 4
Перечень лабораторных работ (модуль 1)
Элемент
модуля
№
1
1
2
3
2
4
5
4
6
7
3
8
9
Содержание лабораторных работ
Исследование полупроводниковых диодов
Исследование характеристик биполярного транзистора
Исследование лавинного пробоя в биполярном транзисторе
Исследование характеристик полевого
транзистора с управляющим p-n переходом
Исследование характеристик полевого
транзистора со структурой металлдиэлектрик-полупроводник (МДП)
Исследование характеристик операционного усилителя
Исследование триггера типа ТМ2 (ТТЛ,
КМОП)
Исследование работы цифровых счетчиков
Исследование работы регистров сдвига
Итого
7
Кол-во
часов
2
2
2
2
2
2
2
2
2
18
6 Содержание материала самостоятельных занятий
6.1 Расчетно-графические работы
Целью расчетно-графических работ является закрепление теоретического материала изложенного в рамках лекционного курса. Выполнение студентами расчетно-графических работ является важным
средством более глубокого усвоения учебного материала и приобретения практических навыков по расчету радиоэлектронных систем.
Курс дисциплины «Электроника» предполагает выполнение двух
расчетно-графических работ. Их содержание представлено в таблицах 5 и 6.
Таблица 5
Разделы расчетно-графической работы №1
«Расчет характеристик операционного усилителя»
Элемент
Раздел
модуля
1
2
3
3
4
5
6
Содержание раздела
Частотная характеристика ОУ без обратной связи
Скорость нарастания выходного напряжения
Ширина полосы пропускания при максимальной мощности
Коэффициент ослаблении синфазного сигнала
Эквивалентное напряжение входного шума
Входной ток шума
Таблица 6
Разделы расчетно-графической работы №2
«Расчет характеристик малошумящего фотоприемника на основе
трансимпедансного усилителя»
Элемент
Раздел
модуля
1
2
3
4
Содержание раздела
Чувствительность фотоприемника
Амплитудно-частотная характеристика
Шумовое усиление
Пороговая чувствительность
8
6.2 Подготовка к лекциям
Основная цель данного вида самостоятельной работы - закрепление и развитие знаний, полученных на лекциях. Минимальный объем в часах из расчета 0,2 часа на 1 час лекции и составляет 4 часа.
6.3 Подготовка к лабораторным занятиям
Основная цель данного вида самостоятельной работы - закрепление и развитие знаний, полученных на лабораторных занятиях. Минимальный объем в часах из расчета минимум 0,5 часа на 1 час занятия и составляет 9 часов.
6.4 Подготовка к промежуточному тестированию
Основная цель данного вида самостоятельной работы - закрепление и систематизация знаний, полученных на аудиторных занятиях.
В соответствии с календарным планом дисциплины предусмотрено
два рубежных контроля знаний в виде тестирования. Для подготовки к
тестированию выделено 4 часа времени самостоятельной работы.
9
7 Форма контроля усвоения материала
Текущий контроль усвоения теоретического курса в течение семестра осуществляется на консультациях, лабораторных занятиях и
при защите курсовой работы в виде устного опроса. Рубежный контроль знаний проводится после изучения нескольких разделов дисциплины с использованием составленных тестов. В конце семестра степень овладения материалом дисциплины проверяется на экзамене
10
8 Вопросы к экзамену
Таблица 7
Вопросы для подготовки к экзамену
№
Вопрос
1
2
3
4
5
6
Полупроводниковые материалы
Устройство и основные физические процессы в п/п диодах
Характеристики и параметры полупроводникового диода
Вольтамперная характеристика (ВАХ) п/п диодов
Разновидности полупроводниковых диодов
Классификация и система обозначений п/п диодов
Устройство и основные физические процессы в биполярных
транзисторах
Характеристики и параметры биполярных транзисторов
H-параметры транзистора
Временные диаграммы и частотные свойства транзисторов
Классификация и система обозначения биполярных транзисторов
Устройство и основные физические процессы в полевых транзисторах
Характеристики и параметры полевых транзисторов
Разновидности полевых транзисторов
Классификация и система обозначения полевых транзисторов
Основные понятия микроэлектроники, достоинства микроэлектронных изделий
Физико-технологические процессах изготовлений активных и пассивных элементов полупроводниковых и гибридных микросхем
Элементы серий ТТЛ
Элементы серий ЭСЛ
Элементы серий КМОП
Серии аналоговых интегральных схем
Краткое описание операционного усилителя
Передаточная характеристика операционного усилителя
Влияние различных факторов на выходное напряжение операционного усилителя
Амплитудно-частотная, фазочастотная характеристики операционного усилителя и его эквивалентная схема
Проблемы повышения степени интеграции
Применение базового матричного кристалла
Переход к функциональной электронике, понятие о поверхностноакустических волнах, цилиндрических магнитных доменах, приборах с зарядовой связью.
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
11
9 Примерный календарный план дисциплины
12
13
14
15
10 Литература
Список основной литературы
1. Лачин, В.И. Электроника [Текст]: учеб. пособие. – 3-е изд., перераб. и доп. / В.И. Лачин, Н.С. Савелов. – Ростов н/Д: Изд-во «Феникс», 2002. – 576 с.
2. Бодров, Е.А. Изучение и характеристики основных типов транзисторов [Текст]: учеб. пособие / Е.А. Бодров, И.С. Доронин. - Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2009. – 48 с.
3. Наундорф, У Аналоговая электроника: основы, расчет, моделирование [Текст]: пер. с нем. М.М. Ташлицкого / У. Наундорф;. – М.:
Техносфера, 2008. – 471 с.
4. Миловзоров, О.В. Электроника [Текст]: учеб. для вузов/ О.В.
Миловзоров. – М.: Высш. шк., 2004. – 288 с
Список дополнительной литературы
5. Соклоф, С. Аналоговые интегральные схемы [Текст]: Пер. с.
англ. / С. Соклоф. – М.: Мир, 1988. – 583 с.
6. Хоровиц, П. Искусство схемотехники [Текст]: в 3-х томах: Т.1.
Пер. с англ. – 4-е изд., перераб. и доп. / П. Хоровиц, У. Хилл. – М.:
Мир, 1993. – 380 с.
7. Хоровиц, П. Искусство схемотехники [Текст]: в 3-х томах: Т.2.
Пер. с англ. – 4-е изд., перераб. и доп. / П. Хоровиц, У. Хилл. – М.:
Мир, 1993. – 371 с.
8. Хоровиц, П. Искусство схемотехники [Текст]: в 3-х томах: Т.3.
Пер. с англ. – 4-е изд., перераб. и доп. / П. Хоровиц, У. Хилл. – М.:
Мир, 1993. – 367 с.
9. Шило, В.Л. Популярные цифровые микросхемы [Текст]: справочник / В.Л. Шило. – Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение, 1988. – 352 с.
10. Барыбин, А.А. Электроника и микроэлектроника. Физикотехнологические основы [Текст]: Учеб. пособие / А.А. Барыбин. – М.:
Физматлит, 2006. – 424 с
11. Партала, О.Н. Цифровая электроника [Текст] / О.Н. Партала. –
СПб.: Наука и техника, 2000. – 208 с.
16
11 Методическое обеспечение дисциплины
1. Рекомендуемая для изучения дисциплины основная и дополнительная литература, методические пособия и указания для выполнения курсового проекта приведены в 10 разделе РУП.
2. Технические средства обучения:
- для технического сопровождения лекционных занятий разработаны презентации с помощью мультимедийных технологий;
- проведение лабораторных работ осуществляется в компьютерном классе, с помощью программного комплекса для моделирования электронных схем «NI Multisim 10.1».
17