4369

11

Выполнение индивидуальных заданий максимально приближает обучение к практическим интересам с учетом имеющейся информации и является результативным методом закрепления знаний.

Пример оформления расчетного индивидуального задания

Условие: Определите высоту потенциального барьера на p-n+ переходе на базе арсенида галлия при комнатной температуре, если донорная примесь превышает акцепторную в 1,2 раза, а концентрация донорной примеси 108 см-3. Концентрация собственных носителей в арсениде галлия 1,8∙106 см-3.

донорной и акцепторной примеси, ni – концентрация собственных носителей в полупроводнике, T – температура, e=1,6∙10-19Кл – заряд электрона, - k 1,38 1023

Проверяем размерности:

T к Дж Дж В

к Кл Кл

Ответ: При таких условиях на p-n+ переходе возникнет потенциальный барьер, высота которого равна 207,8мВ.

Пример оформления результатов формализованного моделирования

Условие: Определите износостойкость ПЗУ с объемом памяти 8 Гб если известно, что в схеме недавно произошли серьезные конструкторские из-

12

менения, она предназначена для коммерческого использования в наземных условиях при температуре около 23оС.

Цель работы: ознакомиться с методами оценки износостойкости ПЗУ, составить с помощью электронных таблиц Excel программу для формализованного моделирования зависимости износостойкости ПЗУ от величины объема памяти. Определить с помощью составленной программы износостойкость ПЗУ с объемом памяти 8 Гб при условии, что в схеме недавно произошли серьезные конструкторские изменения, она предназначена для коммерческого использования в наземных условиях при температуре около 23оС.

Описание модели, постановка задачи

Интенсивность отказов для ПЗУ вычисляется по формуле:

ПL ПQ ( С1 ПT1 С2 ПE )ПP ,

где ПL – коэффициент настроенности технологического процесса, для условий задания ПL 10 ; ПQ – коэффициент уровня качества зависит от сферы эксплуатации ПЗУ ПQ 300 ; С1, С2 – коэффициенты сложности схемы, зависящие от объема памяти ПЗУ (числа бит); ПТ1 0,15 – коэффициент ускорения, определяемый температурой перехода; ПЕ 1 – коэффициент жесткости условий эксплуатации для наземных условий, П p 1,1 – коэффициент,

зависящий от количества выводов для ПЗУ. Все выше перечисленные параметры определяются из таблиц. При этом значения коэффициентов сложности определены лишь до 16384 бит. Поэтому требуется моделирование зависимости λ(Tj,Z) (Z – объем памяти). Температура перехода определяется для ПЗУ выражением:

Tj = Tокр.ср. + 25 °С,

где Tокр.ср – температура окружающей среды.

Print Screen программы Excell

13

Зависимость износостойкости от объема памяти моделировалась, как

λ=A0(1-exp(-Z/Z1)),

где A0 и Z1 – параметры, с помощью которых происходит интерпретация модели к данным из таблиц для коэффициентов сложности ПЗУ.

Выводы:

1.В рамках общего подхода вычислительный эксперимент показал, что интенсивность отказов с увеличением сложности стремится к постоянному значению A0.

2.В заданных условиях результаты вычислительного эксперимента хорошо согласуются с данными статистики при условии, что A0 = 75 1/час.

3.В результате проведения вычислительного эксперимента можно с высокой вероятностью утверждать, что интенсивность отказов для ПЗУ 8Гб равна 75 1/час.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ПРИ СОСТАВЛЕНИИ ОТЧЕТА ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ИССЛЕДОВАНИЯМ

Выполнение экспериментальных исследований формирует у студентов навыки проведения тестовых испытаний цифровых схем, оформления отчета, анализа полученных результатов и формулировке вывода по проделанной работе, что является фундаментом для научно-исследовательской деятельности.

В процессе подготовки к проведению экспериментальных исследований студент прежде всего овладевает способами постановки цели и выбора путей ее достижения. Для этого надо переписать из методических указаний в отчет название наименование и цель экспериментальных исследований и составить иерархическую структуру цели.

Далее надо переписать в отчет описание модели и провести постановку задачи.

Оформление описания модели, постановка задачи

Для оформления теоретических основ проводимых исследований в методических указаниях предусмотрен раздел «Описание модели, постановка задачи», в котором в доступной для восприятия форме представлена необходимая для выполнения работы информация. В процессе изучения раздела необходимо:

1)найти и выписать определение искомой технической характеристики или технологического параметра, значение которого станет численным результатом выполнения работы;

2)найти и записать условия проведения стендового испытания,

14

3)привести в отчете формулировку фундаментальной закономерности, которую предстоит использовать в работе;

4)сделать рисунки, поясняющие формулировки, правила и закономерности;

5)разбить цель работы на иерархическую структуру выполнимых за-

дач.

Проверкой качества восприятия информации послужат ответы на контрольные вопросы, приведенные в конце методических указаний по данной работе.

Оформление методики эксперимента

Для подготовки к экспериментальной части исследований предусмотрен раздел «Методика эксперимента», который поможет студенту применить методы математического анализа и моделирования для достижения цели работы. В процессе изучения раздела необходимо:

1)понять и записать в отчет вывод формульного выражения для получения значения параметра, являющейгося численным результатом работы (итоговое или расчетное выражение), особо отметив элементы моделирования (пренебрежение некоторыми внешними факторами) и сделав необходимые рисунки;

2)привести в отчете принципиальную схему испытаний с пояснениями, как и с какой точностью будут измерены параметры, входящие в итоговое формульное выражение;

3)записать в отчет таблицу для испытаний и численные значения параметров установки и заданных констант, необходимых для начала эксперимента;

4)разобраться, из каких блоков состоит установка и какова роль каждого из них.

В некоторых лабораторных работах используются модульные учебные комплексы, оснащенные современной цифровой измерительной аппаратурой. Это является инновационным подходом в образовательных технологиях. Такой подход позволяет студенту научиться самостоятельно вырабатывать индивидуальные методы организации и проведения эксперимента.

Оформление результатов измерения

Результаты измерения являются важной частью любого научного исследования, поскольку несут основную информацию о проведенных исследованиях и могут быть использованы при решении огромного круга задач, обретение навыков их грамотного анализа является основой всех компетенций будущего профессионала. Поэтому студент внимательно изучает поря-

15

док проведения лабораторной работы и в отчете формирует таблицу результатов эксперимента, рекомендованную пособием по лабораторному практикуму, делает обработку результатов измерения и определяет погрешности измерений.

На основании результатов эксперимента необходимо сделать и записать в отчет вывод по проделанной работе, в котором в соответствии с целью работы указывается:

1) что наблюдалось при проведении эксперимента и при каких услови-

ях;

2)какой параметр и каким методом был измерен;

3)приводится доверительный интервал для искомого параметра или делается вывод об обоснованности аналитического выражения для его оценки;

4)полученный экспериментальный результат сопоставляется с теоретической оценкой или с табличным значением;

5)указывается ошибки величин, измерения которых внесли основной вклад в погрешность измеренного параметра.

Рекомендуем внимательно ознакомиться с образцом оформления отчета о проведении экспериментального исследования.

Образец оформления экспериментального исследования

ИЗУЧЕНИЕ ПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА И ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ

Цель работы: использовать знания об особенностях структуры ферромагнетиков при построении гистерезиса намагниченности опытного образца во внешнем магнитном поле для измерения его магнитной проницаемости в рамках практикума теоретических и экспериментальных исследований.

1)В основе исследований лежат особенности структуры ферромагне-

тиков.

2)В процессе исследований будет наблюдаться влияние на структуру ферромагнетика внешнего магнитного поля.

3)Итоговым результатом станет гистерезис намагниченности опытного образца и значение его магнитной проницаемости.

ОБОСНОВАНИЕ МОДЕЛИ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1) Особенности структуры ферромагнетиков: при перемагничивании ферромагнетиков в переменном поле Н = f(t) процесс изменения магнитной индукции B поля в образце характеризуется симметричной замкнутой кривой, которая, вследствие запаздывания изменения индукции, называется

16

петлей гистерезиса. Магнитной проницаемостью ферромагнетика называется величина, определяемая как:

1 B .0 H

2) При размещении ненамагниченного ферромагнетика (поликристаллического образца) во внешнем магнитном поле, например, в поле соленоида с током, происходит его принудительное или «техническое» намагничивание, при котором все домены образца полно-

стью или частично ориентируются в направлении напряженности намагничивающего поля.

3) Цель работы включает в себя решение следующих задач: построение петли гистерезиса намагниченности опытного образца во внешнем магнитном поле с помощью специальной установки, определение магнитной проницаемости ферромагнетика, расчет доверительного интервала для искомой величины, анализ результатов, составление выводов.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Магнитная проницаемость ферромагнетика может быть определена через максимальные значения Вm и Нm, относящиеся к любой из основных петель гистерезиса (см. рис.), по формуле:

1 Bm ,0 Hm

где 0 = 4 10-7 Г/м.

Схема установки содержит следующие элементы: генератор переменного напряжения (блок ГН1); ФО – ферромагнитный образец (сердечник трансформатора); N1 – намагничивающая обмотка; N2 – измерительная обмотка; R и С – резистор и конденсатор RC-цепочки; R1 – резистор для получения напряжения Ux; электронный осциллограф. Все эти элементы находятся на стенде С3-ЭМ01.

17

Энергия гистерезисных потерь, расходуемая за один полный цикл перемагничивания какого-либо образца, равна произведению объема образца Vo на площадь петли гистерезиса в координатах (В, Н), т.е.

W V0 H dB .

Она переходит в тепловую энергию образца. При перемагничивании ферромагнетик нагревается. Мощность, расходуемая за один цикл Т = 1/ на перемагничивание ферромагнитного образца, по определению:

осциллографа в координатах (х; у), измеряемая в квадратных делениях шкалы экрана осциллографа.

Вывод:

1)В основе исследований лежит доменная намагниченность ферромагнетиков, выраженная в их магнитном гистерезисе во внешнем переменном магнитном поле.

2)Значение магнитной проницаемости с учетом погрешности осциллографа

18

1500 150.

3) В современных компьютерных технологиях ферромагнетики используются как накопители и хранители информации (жесткие диски).

Экспериментальные исследования проводятся в группах по 3-5 человек в соответствии с распределенным в начале семестра вариантом индивидуальной траектории, в котором указываются темы исследований.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ РЕФЕРАТОВ

Поскольку лекции читаются не в полном объеме дисциплины, то студентам на самостоятельное изучение выносится ряд разделов. Преподаватель сообщает студентам содержание данных разделов и организует контроль знаний по заявленным темам. По результатам изучения приведенных тем студент составляет конспект или оформляет реферат. Темы заданий, вынесенных на самостоятельную работу, приводятся в таблице.

7.Интерференционные приборы, приборы с

Подготовка рефератов направлена на развитие и закрепление у студентов навыков самостоятельного глубокого, творческого и всестороннего анализа научной, методической и другой литературы по актуальным проблемам дисциплины; на выработку навыков и умений грамотно и убедительно излагать материал, четко формулировать теоретические обобщения, выводы и практические рекомендации.

Рефераты должны отвечать высоким квалификационным требованиям в отношении научности содержания и оформления.

19

Темы рефератов, как правило, посвящены рассмотрению одной проблемы. Объем реферата может быть от 5 до 15 страниц машинописного текста (список литературы и приложения в объем не входят).

Текстовая часть работы состоит из введения, основной части и заключения.

Во введении студент кратко обосновывает актуальность избранной темы реферата, раскрывает конкретные цели и задачи, которые он собирается решить в ходе своего небольшого исследования.

Восновной части подробно раскрывается содержание вопроса (вопросов) темы.

Взаключении кратко должны быть сформулированы полученные результаты исследования и даны выводы. Кроме того, заключение может включать предложения автора, в том числе и по дальнейшему изучению заинтересовавшей его проблемы.

Всписок литературы студент включает только те документы, которые он использовал при написании реферата.

Вприложении (приложениях) к реферату могут выноситься таблицы, графики, схемы и другие вспомогательные материалы, на которые имеются ссылки в тексте реферата.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ

КЭКЗАМЕНУ

Впериод подготовки к экзамену студенты вновь обращаются к пройденному учебному материалу. При этом они не только закрепляют полученные знания, но и получают новые.

Литература для подготовки к экзамену рекомендуется преподавателем либо указана в учебно-методическом комплексе. Для полноты учебной информации и ее сравнения лучше использовать не менее двух учебников. Студент вправе сам придерживаться любой из представленных в учебниках точек зрения по спорной проблеме (в том числе отличной от преподавательской), но при условии достаточной научной аргументации.

Основным источником подготовки к экзамену является конспект лекций, где учебный материал дается в систематизированном виде, основные положения его детализируются, подкрепляются современными фактами и информацией, которые в силу новизны не вошли в опубликованные печатные источники. В ходе подготовки к экзамену студентам необходимо обращать внимание не только на уровень запоминания, но и на степень понимания излагаемых проблем.

20

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Изучение дисциплины следует начинать с проработки данных методических указаний по самостоятельной работе, особое внимание уделяя целям и задачам, структуре и содержанию курса.

Студентам рекомендуется получить в библиотеке ВГЛТУ учебную литературу по дисциплине, необходимую для эффективной работы на всех видах аудиторных занятий, а также для самостоятельной работы по изучению дисциплины.

Успешное освоение курса предполагает активное, творческое участие студента путем планомерной, повседневной работы.

Библиографический список

Основная литература

1. Умрихин, В.В. Физические основы электроники: Учебное пособие / В.В. Умрихин; Уником Сервис. - М.: Альфа-М: НИЦ Инфра-М, 2012. - 304 с.- ЭБС «Знаниум».

Дополнительная литература

2.Ануфриев, Д.Л. Конструкционные методы повышения надежности интегральных схем [Текст] : утв. Ред-издат сов. БГУИР в качестве учеб. пособия /Д.М. Ануфриев, М.И Горлов, А.П. Достатко;− Минск.: Интегралполи-

граф, 2007. − 264 с.

3.Проектирование аналоговых и цифровых устройств: Учебное пособие / В.С. Титов, В.И. Иванов, М.В. Бобырь. - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2014. ЭБС «Знаниум».

4.Горлов, М.И. Физические основы надежности интегральных схем. [Текст] : рек. М-вом высш. и сред. образования Рос. Федерации в качестве учеб. пособия для студентов высш. техн. учеб. заведений / М.П. Горлов, Н.С. Данилин. - М.: МАКС Пресс , 2008. – 404 с.

5.Панюшкин, Н.Н. Физические основы промышленной электроники. [Текст] Лабораторный практикум / Н.Н. Панюшкин, А.Н. Панюшкин; Воронеж: ВГЛТА, 2007. – 48 с. - Электронная версия в ЭБС ВГЛТУ.