Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена»

В. В. Рычгорский, И. И. Хинич

ЭЛЕКТРОНИКА

Допущено Учебно-методическим объединением по направлениям педагогического образования Министерства образования и науки РФ в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 050200 Физико-математическое образование

Санкт-Петербург

Издательство РГПУ им. А. И. Герцена

2010

ББК 74я73

Печатается по рекомендации кафедры физической электроники и решению редакционно-издательского совета РГПУ им. А. И. Герцена

Р 93

Рецензенты:  доктор физ.-мат. наук, профессор кафедры электроники твердого тела СПбГУ А. П. Барабан;

доктор физ.-мат. наук, профессор, заведующий лабораторией физики фазовых переходов в твердых телах ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН Е. Б. Шадрин

	Рычгорский В. В., Хинич И. И.
Р 93	Электроника: Учебное пособие. – СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2010. – 79 с.

ISBN 978-5-8064-1647-7

Учебное пособие «Электроника» содержит одиннадцать работ по физическим основам твердотельной электроники и их прикладным применениям, в каждой из которых приведены краткие теоретические сведения по теме и практические задания для выполнения.

Пособие подготовлено на основе курса «Электроника», преподаваемого в РГПУ им. А. И. Герцена на факультетах: физики (направление «Педагогическое образование», профиль физико-математическое образование), информационных технологий (направление «Информационные системы и технологии»), управления (направление «Управление качеством») в соответствии с ФГОС. Оно также может быть полезно преподавателям и студентам других вузов.

ISBN 978-5-8064-1647-7

ББК 74я73

	 В. В. Рычгорский, И. И. Хинич, 2010
	 Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2010

Введение

Лидером среди всех прикладных наук по представительности своих основ в учебных программах подготовки по физике является твердотельная электроника. Это связано с присутствием ряда ее вопросов в содержании школьного курса (поляризация диэлектриков, электропроводность твердых тел, элементы физики полупроводниковых приборов и др.), ее изучением, хотя и фрагментарным, в общем курсе физики, ее ролью в понимании принципов действия популярных технических устройств, в первую очередь компьютеров, и содержания высоких (наукоемких) технологий.

Сказанное определяет значение курса электроники в общей программе научно-технического образования. Цель дисциплины заключается как в ознакомлении с основными физическими принципами и функциональными возможностями материалов и приборных систем электроники, так и в формировании практических навыков конструирования базисных электронных схем. Содержание курса базируется на знаниях, приобретенных студентами при изучении общенаучных и специальных дисциплин: общей физики, математического анализа, основ электрорадиотехники. С другой стороны, знания и умения, приобретенные студентами при изучении данной дисциплины, должны служить базой для освоения других специальных дисциплин (например, «Физических основ наукоемких технологий»), для дальнейшего обучения в рамках магистерских программ, для формирования профессиональных компетенций специалиста и для самообразования.

Учебное пособие «Электроника» состоит из 11 работ, в процессе выполнения которых и происходит логически последовательное освоение студентами физических основ твердотельной электроники. Так, в первых работах студенты осваивают принципы работы простейших полупроводниковых систем, а на завершающем этапе – принципы организации оперативного запоминающего устройства. Достаточно большой выбор работ позволяет конструировать на их основе планы занятий и методики их организации, различающиеся структурой, направленностью и объемом часов, который может варьироваться в диапазоне от 1 до 3 кредитов, включая трудоемкость.

Все представленные в пособии работы (как в части приведенного в них теоретического материала, так и части построения алгоритма выполнения заданий) отвечают требованиям Федерального государственного образовательного стандарта по достижению нового качества образования. При этом в основу образовательного процесса положена целенаправленная и контролируемая преподавателем самостоятельная работа студентов (как аудиторная, так и внеаудиторная), результативность которой достигается построением индивидуальных образовательных маршрутов по освоению программного материала. В процессе организованного таким образом выполнения предлагаемых в пособии работ создаются возможности осуществления мониторинга качества их освоения посредством текущей, промежуточной и итоговой аттестации студентов, который проводится на основе анализа освоения студентами основных понятий курса; решения типовых практических задач или выполнения творческих заданий, требующих самостоятельного поиска решения. Различные формы текущей аттестации позволяют не только осуществлять эффективное управление результатом обучения, но и способствует мотивации обучающихся к активному освоению дисциплины, повышению ответственности за свою учебную деятельность. Итоговой аттестацией по данному курсу является зачет.

Освоение курса электроники должно способствовать развитию у студентов комплекса общекультурных, общепрофессиональных и профессиональных компетенций, в числе которых можно выделить несколько компетенций, на формирование которых в основном направлено изучение данного курса:

– владение культурой мышления, способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК–1);

– способность руководствоваться в своей деятельности базовыми культурными ценностями, современными принципами толерантности, диалога и сотрудничества (ОК–3);

– способность логически верно выстраивать устную и письменную речь (ОК–6);

– готовность к взаимодействию с коллегами, к работе в коллективе (ОК–7);

– владение основами физико-математических наук, готовность использовать эти знания в решении профессиональных задач (ПК–8);

– способность применять экспериментальные, теоретические и вычислительные методы физики в профессиональной деятельности, демонстрируя необходимый уровень практических умений и навыков (ПК–9);

– готовность на основе приобретенных знаний, опыта и профессиональных компетенций к решению профессиональных задач, соответствующих полученной квалификации (ПК–12).

В результате освоения данной дисциплины студенты должны:

– знать: физические основы работы основных полупроводниковых приборов; основные принципы построения приборных систем электроники, необходимые для понимания современных средств обработки и передачи информации; основные направления развития электроники; возможности использования современных информационных и коммуникационных технологий для решения исследовательских задач профессиональной деятельности; возможности и характеристики материалов, используемых в электронике и др.;

– уметь: описывать физические явления и процессы в электронике, используя научную терминологию; выявлять особенности работы приборных систем твердотельной электроники в различных электронных схемах и др.;

– владеть: ключевыми понятиями курса; навыками измерения параметров и характеристик полупроводниковых приборов; навыками проведения исследования физических процессов в полупроводниковых приборах; навыками адаптации своих знаний и умений на уровень возможностей школьного кабинета физики; умением самостоятельно организовать взаимодействие в условиях информационного пространства и др.