РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Электроника» (в сокращении)

(Программа является единой для групп 21÷24 ЭЭФ)

Направление подготовки

140400– Электроэнергетика и электротехника

Квалификация (степень) выпускника

Бакалавр

(бакалавр, магистр)

Профиль подготовки

Электроэнергетические системы и сети

Форма обучения

Очная

(очная, заочная и др.)

Выпускающая кафедра-

Электрические системы (ЭС)

Кафедра-разработчик РПД

Электроника и микропроцессорные системы (Э и МС)

Семестр

Трудоем-кость з.е./ час.

Лек-ций, час.

Практич. занятий, час.

Лаборат. работ, час.

Курсовое проектирование, час

СРС, час

Форма промежуточного (рубежного) контроля (экзамен/зачет)

4

4/144

28

16

28

45

экзамен (27 час.)

Итого

4 /144

28

16

28

45

экзамен (27 час.)

1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью освоения дисциплины является достижение следующих результатов образования(РО):

знания:

на уровне представлений:

- определение науки «Электроника», предмет, цель, содержание курса;

- исторические этапы развития и совершенствования видов электронных приборов;

- терминология науки: названия различных видов электронных приборов, названия компонентов, составляющих конструкции приборов, аббревиатуры и их расшифровки технических терминов, электронные устройства, элементы и узлы цифровой техники и др.;

- структурный состав и технологические особенности дискретных электронных компонентов современной электронной техники;

- режимы работы электронных приборов: по постоянному току, по переменному току, усилительный, ключевой, предельный;

- области практического использования электронных компонентов на основе их свойств и экономической целесообразности;

- основные методики расчётов и схемотехнического конструирования выпрямителей, усилителей, цифровых логических схем.

на уровне воспроизведения:

- основные области применения полупроводниковых приборов;

- условные графические обозначения полупроводниковых приборов различных видов и исполнений;

- начертание базовых схем включения электронных приборов с анализом свойств прибора в этом включении;

- построение линии нагрузки на основе ВАХ прибора, применительно к конкретному включению для режимов постоянного и переменного токов;

- расчёт режима работы прибора на постоянном и переменном токах;

- начертание и расчёт схем выпрямления, однокаскадных усилителей на транзисторах, пассивных фильтров;

- анализ работы цифровых логических схем с построением временных диаграмм их работы;

- правила обращения с электронными приборами;

на уровне понимания:

- физические процессы, происходящие в полупроводниковых приборах при протекании через них электрического тока;

- принципы действия полупроводниковых приборов различного вида и функциональных устройств на их основе;

- влияние внешних параметров и условий на работу прибора в конкретном включении;

- электрические процессы в зонах и переходах в п/п приборах при наличии и в отсутствие внешнего напряжения и в зависимости от их схемы включения;

- архитектура одиночного усилительного каскада при различных включениях прибора и для различного вида активных приборов;

- принципы построения цифровых логических схем с использованием элементов интегральной схемотехники малой и средней степени интеграции;

- общие принципы построения и работы цифровых микропроцессорных управляющих устройств.

умения:

теоретические:

- обоснование и объяснение основных физических процессов, происходящих в приборах, применительно к заданному режиму их работы;

- выполнить структурную и функциональную разработку состава электронного прибора по описанию задач им решаемых;

- знать достоинства, недостатки и перспективы использования различных видов электронных компонентов;

- оценить надёжность работы прибора в конкретном включении на основе рассчитанных параметров электрического режима и паспортных критериев годности;

практические:

- поиск и анализ технической информации по основным направлениям развития и применения электронных приборов и компонентов;

- умение пользоваться справочной и технической литературой для целей выбора оптимального по свойствам электронного прибора, требующегося под конкретную задачу;

- участие в обсуждении проблем, возникающих при выборе технических решений в области применения различного вида электронных компонентов, для решения определённых задач;

-умение выполнить расчёт одиночного усилительного каскада на любом активном компоненте по постоянному и переменному токам;

- умение выполнить аналитический расчёт требуемой схемы выпрямления с построением временных диаграмм, характеризующих её работу;

- умение выполнить анализ схемотехники прибора на дискретных компонентах по его архитектуре построения

- анализ состояния электронного прибора и его годности на основе измерения его электрических параметров в схеме;

навыки:

- построение линии нагрузки на ВАХ полупроводниковых приборов для целей расчёта по постоянному и переменному токам;

- расчет и выбор элементов схем одиночных усилительных каскадов на транзисторах при различных их включениях;

- оптимальный выбор электронного прибора из справочной литературы для решения определённой задачи с учётом различных критериев;

- умение работать со справочной и технической литературой и осуществлять поиск в сети INTERNET

.

Перечисленные РО являются основой для формирования следующих компетенций: (в соответствии с ФГОС ВПО и требованиями к результатам освоения основной образовательной программы (ООП)

общекультурных:

• готовность к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-7).

профессиональных:

• для проектно-конструкторской деятельности: готовностью работать над проектами электроэнергетических и электротехнических систем и их компонентов (ПК-8);

• способностью разрабатывать простые конструкции электроэнергетических и электротехнических объектов (ПК-9);

• способностью использовать методы анализа и моделирования линейных и нелинейных электрических цепей постоянного и переменного тока (ПК-11)

• способностью графически отображать геометрические образы изделий и объектов электрооборудования, схем и систем (ПК-12);

• способностью рассчитывать схемы и элементы основного оборудования, вторичных цепей, устройств защиты и автоматики электроэнергетических объектов (ПК-15);

• для научно-исследовательской деятельности: готовностью участвовать в исследовании объектов и систем электроэнергетики и электротехники (ПК-38).

Дисциплина «ЭЛЕКТРОНИКА»относится к профессиональному циклу дисциплин и входит в состав модуля вариативной части профессиональной подготовки.

Необходимыми условиямидля освоения дисциплины являются:

- знанияматематики в объеме средней школы и отдельные разделы высшей математики (матрицы, дифференциальное и интегральное исчисление, дифуравнения, теория вероятностей), вычислительной математики (численное решение систем алгебраических и дифференциальных уравнений), физики (основы молекулярно-кинетической теории, основы термодинамики, газ и твердые тела, электростатика, магнитное поле, электромагнитная индукция, электромагнитные колебания и волны, основы квантовой физики, законы электричества и магнетизма), теоретической электротехники (теория линейных и нелинейных цепей), основы химии;

- уменияпроизводить арифметические действия над числами, с требуемой точностью округлять числа и результаты вычислений, пользоваться калькуляторами для вычислений, строить графики линейной, квадратичной, степенной, показательной, логарифмической и тригонометрических функций, пользоваться свойствами функций и их графиков при решении связанных с ними уравнений и неравенств, решать дифференциальные уравнения, вычислять производные и интегралы, выполнять операции с матрицами, использовать компьютерные средства для выполнения численных расчетов, составлять план ответа и связно излагать мысли, оформить технический отчёт; правильно оформлять таблицы и рисунки; правильно использовать электроизмерительные приборы;

- владениетехнической терминологией, основами библиографии, методиками планирования и проведения эксперимента, современными измерительными средствами и способами обработки и анализа экспериментальных данных, аппаратными и программными средствами компьютерных вычислений, электронными источниками информации и офисной техникой;

- навыкиустной и письменной речи, способность поиска информации в Глобальной сети, составления краткого реферата на заданную техническую тему в области электроники, обобщение и анализ отобранного материала, составления и оформление краткого реферата на заданную техническую тему в области электроники с использованием офисных средств.

Содержание дисциплиныявляется логическим продолжением содержания таких дисциплин, как «Математика», «Физика», «ТОЭ», «Информатика» ислужит основойдля освоения дисциплин «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем», «Приёмники и потребители электрической энергии», «Автоматическое регулирование в электроэнергетических системах».

2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часа.

№ модуля образовательной программы	№ раздела	Наименование раздела дисциплины	Виды учебной нагрузки и их трудоемкость, часы
			Лекции	Практические занятия	Лабораторные работы	Курсовое проектирование	СРС	Всего часов
Б3.В.ОД.2	1	Введение	1	0	0		0	1
	2	Полупроводниковые приборы
	2.1	Проводимость полупроводников (п/п), р-n-переход.. Полупроводниковые диоды	1	1	0		4	6
	2.2	Биполярные транзисторы (БТ)	2	1	4		4	11
	2.3	Полевые транзисторы (ПТ)	1	0	0		2	3
	2.4	Тиристоры	2	0	0		4	6
	2.5	Оптоэлектронные приборы	0	0	0		2	2
	3	Источники вторичного электропитания (ИВЭ)
	3.1	Выпрямители	2	2	12		4	20
	3.2	Стабилизаторы.	0	0	0		2	2
	3.3	Инверторы	1	0	0		2	3
	4	Электронные усилители
	4.1	Усилители переменного сигнала	2	2	0		2	6
	4.2	Усилители мощности	1	0	0		0	1
	4.3	Обратные связи (ОС) в усилителях	1	0	0		2	3
	4.4	Усилители постоянного тока (УПТ)	2	1	4		2	9
	5	Импульсные и цифровые устройства
	5.1	Ключевой режим работы БТ. Генераторы сигналов специальных форм	2	2	0		4	8
	5.2	Интегральная схемотехника. Комбинационные логические элементы	2	2	4		2	10
	5.3	Последовательностные элементы	2	2	4		3	11
	5.4	Запоминающие устройства (ЗУ)	1	0	0		2	3
	5.5	Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи (ЦАП и АЦП)	1	1	0		1	3
	5.6	Микропроцессоры (МП) и микроЭВМ (МЭВМ)	2	0	0		1	3
	6	Индикаторные устройства.
	6.1	Виды устройств индикации и принцип организации схем управления	2	2	0		2	6
ИТОГО:			28	16	28		45	117+27 экзам.=144

3.2. Лекции

№ п/п	Номер раздела (ДЕ)	Объем, часов		Тема лекции
1	1.1	1		Электроника, ее роль в развитии науки, техники, в производстве и управлении. Исторический обзор этапов развития «Электроники» как науки, перспективы развития. Научные и технологические основы наноэлектроники. Классификация основных устройств электроники. Материалы, элементы и компоненты электронной техники – резисторы, конденсаторы, индуктивности, элементы коммутации и питания, система условных графических обозначений (УГО), нормируемые и расчетные параметры
2	2.1.1	1		Проводимость полупроводников (п/п), виды носителей зарядов, собственная и примесная проводимость п/п, р-n-переход. Энергетическая диаграмма р-n-перехода, прямое и обратное включение, уравнение токов, вольтамперная характеристика (ВАХ) и виды пробоя р-n-перехода. Полупроводниковые диоды: виды, система УГО, особенности практического использования
3	2.2.1	2		Биполярные транзисторы (БТ). Структура двух видов БТ – прямой проводимости (р-n-р) и обратной проводимости (n-р-n), принцип действия, краткие сведения по технологии изготовления. Схемы включения БТ: общая база (ОБ), общий эмиттер (ОЭ) и общий коллектор (ОК). Свойства схем включений и анализ статических характеристик, уравнения токов электродов БТ, особенности применения
4	2.3.1	1		Полевые транзисторы (ПТ). Виды ПТ: МДП транзисторы и транзисторы с управляющим переходом. Структура, принцип работы, система УГО, основные характеристики и классификационные параметры полевых транзисторов. Биполярные транзисторы с изолированным затвором БТИЗ (зарубежная классификация IGBT)
5	2.4.1	2		Тиристоры. Типовая структура тиристора на основе двух БТ разной проводимости. Виды тиристоров: динисторы, тринисторы, симисторы, DOTы. ВАХ тиристора. Нормируемые параметры. Особенности включения и выключения тиристоров. Применение
6	3.1.1	2		Общие сведения и классификация ИВЭ. Однофазные выпрямители: однополупериодный и двухполупериодные – с выводом нулевой точки и мостовой. Электрические параметры выпрямителей, временные диаграммы работы, расчетные параметры, внешняя характеристика выпрямителя, критерии выбора диодов из справочника. Трехфазные выпрямители: с выводом нулевой точки (схема «Миткевича»), мостовая (схема «Ларионова»). Временные диаграммы работы выпрямителей, расчетные соотношения, особенности практического использования выпрямителей. Фильтрация выходного напряжения выпрямителей.
7	3.3.1	1		Инверторы. Классификация инверторов. Инверторы, ведомые сетью: схемное решение, временные диаграммы работы для различных углов управления тиристорами, понятие о рекуперации. Коммутация тиристоров. Автономные инверторы (АИ): инверторы тока (АИТ), инверторы напряжения (АИН). Особенности схемного решения. Применение инверторов
8	4.1.1	2		Принцип работы однокаскадного усилителя переменного сигнала на биполярном транзисторе. Электрические показатели и характеристики усилителя. Режимы работы однокаскадного усилителя (классы усиления) – А, В, АВ, С, D. Графо-аналитический расчет однокаскадного усилителя на БТ
9	4.2.1	1		Оконечные каскады усилителя – усилители мощности (УМ). Основные электрические параметры УМ. Одно и двухтактные УМ. Особенности схемного решения и применения
10	4.3.1	1		Обратная связь (ОС) в усилителях. Виды ОС и их влияние на качественные показатели работы усилителя
11	4.4.1	2		Усилители постоянного тока (УПТ). Основные параметры и схемные решения УПТ. Операционный усилитель (ОУ). Структура ОУ. Основные параметры и функции, реализуемые ОУ: инвертирующий усилитель, неинвертирующий усилитель, сумматор, интегратор, компаратор, генератор. Сравнительный анализ современных ОУ, изготовленных по различным технологиям
12	5.1.1	2		Работа транзистора в режиме ключа. Параметры импульсного сигнала. Цепи формирователи импульсного сигнала: интегрирующие, дифференцирующие, ограничители. Генераторы и преобразователи импульсного сигнала: мультивибратор (МВ), одновибратор (ОВ), генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), триггер (Тг), триггер Шмитта (ТШ). Схемные решения, временные диаграммы работы, основные расчетные соотношения, особенности применение
13	5.2.1	2		Цифровые интегральные микросхемы (ИМС). Классификация ИМС. Краткие сведения о технологических и конструктивных особенностях различных видов ИМС. Понятие о логической операции. Основные логические операции И, ИЛИ, НЕ и их схемотехническая реализация. Временные диаграммы работы и таблицы истинности простых и совмещенных логических операций. Комбинационные устройства: мультиплексор, демультиплексор, дешифратор, сумматор, компаратор, арифметико-логическое устройство (АЛУ). Принцип схемотехнического построения, работа и особенности применения, комбинационных устройств
14	5.3.1	2		Последовательностные устройства: триггеры, регистры (Рг), счетчики (Ст). Триггеры: RS,T,D,JK, – УГО, диаграммы работы, особенности применения. Регистры: параллельные и последовательные, – УГО, диаграммы работы, применение. Счетчики: виды счетчиков и особенности их схемной реализации
15	5.4.1	1		Запоминающие устройства (ЗУ). Виды ЗУ: оперативные (ОЗУ) и постоянные (ПЗУ). Организация различных видов ЗУ на элементах интегральной схемотехники. Особенности применения ЗУ различных видов в электронных устройствах, в частности, для преобразователя кодов
16	5.5.1	1		Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи (ЦАП и АЦП). Организация ЦАП на основе ОУ и резисторной матрицы. Связь между разрядностью и погрешностью преобразования. Структурная организация АЦП. Способы увеличения скорости преобразования. Виды интегральных ЦАП и АЦП
17	5.6.1	2		Микропроцессоры (МП) и микроЭВМ (МЭВМ). Структурная организация МП-системы. Микропроцессорные комплекты (МПК). Сравнительный анализ современных МПК по эксплуатационным параметрам
18	6.1.1	2		Индикаторные устройства. Виды устройств индикации: вакуумные, плазменные, полупроводниковые, жидкокристаллические – система электрических и эксплуатационных параметров. Шкальные, сегментные и знакосинтезирующие индикаторы, – принцип организации схем управления и особенности их применения
Итого:			28