Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
Таблица 5.
№ п/п
|
Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин
|
Темы дисциплины, необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
|
1.1
|
1.2
|
1.3
|
1.4
|
2.1
|
2.2
|
2.3
|
2.4
|
3.1
|
3.2
|
3.3
|
3.4
|
1.
|
Методологические основы физических исследований
|
|
Х
|
Х
|
|
Х
|
|
Х
|
Х
|
Х
|
Х
|
Х
|
Х
|
2.
|
Методика физического практикума в образовательных
|
|
|
|
Х
|
|
|
Х
|
Х
|
|
|
Х
|
Х
|
Содержание дисциплины.
Модуль 1
Тема 1.1
Введение
Предмет и основные понятия радиофизики. Краткий исторический обзор. Роль радиофизики в современной науке и технике, основные применения, тенденции развития.
Тема 1.2
Сигналы
Классификация сигналов. Непрерывные и дискретные сигналы, узкополосные и широкополосные, детерминированные и случайные, псевдослучайные сигналы.
Тема 1.3
Частотные спектры периодических и непериодических сигналов. Преобразование Фурье и Лапласа.
Тема 1.4
Природа шумов в радиоэлектронных устройствах. Тепловой, дробовой и 1/f-шум, другие виды шумов. Помехи.
Модуль 2
Тема 2.1
Линейные пассивные цепи
Определение. Элементы пассивных цепей. Линейные цепи с сосредоточенными параметрами. Условия квазистационарности. Комплексный метод анализа линейных цепей.
Дифференцирующая и интегрирующая цепи, колебательный контур, фильтры. Спектральные и переходные характеристики.
Тема 2.2
Линейные цепи с распределенными параметрами. Телеграфные уравнения. Волновое сопротивление. Согласование линий. Волноводы.
Тема 2.3
Элементная база радиоэлектронных схем
Полупроводниковые приборы. Свойства p-n перехода.
Диоды, их разновидности (стабилитроны, варикапы, туннельные диоды и др.)
Тема 2.4
Биполярные транзисторы. Модель биполярных транзисторов. Описание свойств транзистора как четырехполюсника с помощью h -параметров.
Полевые транзисторы, их разновидности.
Интегральные микросхемы.
Модуль 3
Тема 3.1
Усилители электрических сигналов
Классификация усилителей, основные понятия. Усилительные каскады на биполярных и полевых транзисторах. Основные характеристики усилительного каскада: амплитудная, амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики, входное и выходное сопротивления, паразитные параметры.
Резонансные усилители, широкополосные усилители, усилители постоянного тока, усилители мощности.
Обратная связь в усилителях.
Дифференциальный каскад. Операционный усилитель (ОУ). Применения ОУ (сумматоры, активные фильтры, и другие).
Тема 3.2
Генерирование колебаний
LC- и RC-генераторы гармонических колебаний. Баланс амплитуд и фаз, мягкий и жесткий режим самовозбуждения. Стабильность частоты.
Релаксационные генераторы.
Генерирование колебаний в УКВ, СВЧ и оптическом диапазонах.
Тема 3.3
Нелинейные преобразования сигналов
Прохождение гармонического сигнала через нелинейную цепь. Умножение частоты. Модуляция и детектирование. Спектры сигналов с амплитудной, частотной и фазовой модуляцией. Амплитудный и частотный детектор. Синхронный детектор.
Преобразование частоты. Супергетеродинный приемник.
Тема 3.4
Основы цифровой радиоэлектроники
Понятие о дискретизации и квантовании сигналов, теорема Котельникова.
Логические операции «И», «ИЛИ», «НЕ», их физическая реализация. Элементы цифровой памяти. Триггеры, регистры, счетчики. Сумматоры. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи.
Структура ЭВМ. Микропроцессоры.
Планы семинарских занятий.
Учебным планом ООП курсовые работы не предусмотрены.
Темы лабораторных работ (Лабораторный практикум).
Исследование характеристик и параметров полупроводниковых диодов.
Исследование характеристик и параметров полупроводниковых стабилитронов.
Исследование характеристик и параметров биполярного транзистора в схеме с ОБ.
Исследование характеристик и параметров биполярного транзистора в схеме с ОЭ.
Исследование вторичных источников тока.
Исследование усилительного каскада на биполярном транзисторе.
Исследование RC-автогенераторов.
Исследование транзисторных ключей.
Исследование прохождения прямоугольных импульсов через RC-цепочки.
Исследование процессов амплитудной модуляции и детектирования.
Исследование операционного усилителя.
Исследование резонансного усилителя.
Исследование мультивибратора.
Исследование логических элементов.
Исследование триггеров.
К каждой лабораторной работе имеются подробные методические рекомендации с необходимыми теоретическими сведениями, описанием установки, описанием последовательности выполнения заданий и обработки полученных результатов, а также список литературы.
Примерная тематика курсовых работ.
Учебным планом ООП курсовые работы не предусмотрены.
Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).
Основной вид самостоятельной работы студентов заключается в предварительной самостоятельной теоретической подготовке по теме лабораторной работы. При подготовке от студентов требуются умения и навыки работы с литературой и другими источниками информации. Кроме того, студенты должны изучить элементарные основы теории вероятности и математической статистики и применять их для обработки экспериментальных результатов.
Контроль выполнения самостоятельной работы осуществляется на занятиях лабораторного практикума один раз в неделю.
Список тем обязательных заданий для самостоятельной работы (в списке возможны изменения при сохранении общего объёма и тематики заданий).
Модуль 1
Классификация сигналов. Непрерывные и дискретные сигналы, узкополосные и широкополосные, детерминированные и случайные, псевдослучайные сигналы.
Частотные спектры периодических и непериодических сигналов. Преобразование Фурье и Лапласа.
Природа шумов в радиоэлектронных устройствах. Тепловой, дробовой и 1/f-шум, другие виды шумов. Помехи.
Определение. Элементы пассивных цепей. Линейные цепи с сосредоточенными параметрами. Условия квазистационарности. Комплексный метод анализа линейных цепей.
Полупроводниковые приборы. Свойства p-n перехода.
Диоды, их разновидности (стабилитроны, варикапы, туннельные диоды и др.)
Биполярные транзисторы. Модель биполярных транзисторов. Описание свойств транзистора как четырехполюсника с помощью h -параметров.
Полевые транзисторы, их разновидности.
Модуль 2
Классификация усилителей, основные понятия. Усилительные каскады на биполярных и полевых транзисторах. Основные характеристики усилительного каскада: амплитудная, амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики, входное и выходное сопротивления, паразитные параметры.
Резонансные усилители, широкополосные усилители, усилители постоянного тока, усилители мощности.
Обратная связь в усилителях.
Модуль 3
Дифференциальный каскад. Операционный усилитель (ОУ). Применения ОУ (сумматоры, активные фильтры, и другие).
Дифференцирующая и интегрирующая цепи, колебательный контур, фильтры. Спектральные и переходные характеристики.
LC- и RC-генераторы гармонических колебаний. Баланс амплитуд и фаз, мягкий и жесткий режим самовозбуждения. Стабильность частоты.
Релаксационные генераторы.
Прохождение гармонического сигнала через нелинейную цепь. Умножение частоты. Модуляция и детектирование. Спектры сигналов с амплитудной, частотной и фазовой модуляцией. Амплитудный и частотный детектор. Синхронный детектор.
Понятие о дискретизации и квантовании сигналов, теорема Котельникова.
Логические операции «И», «ИЛИ», «НЕ», их физическая реализация. Элементы цифровой памяти. Триггеры, регистры, счетчики. Сумматоры. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи.
Примерные задания для собеседования:
Тема 1.1
Что называется полупроводниковым диодом? Каково устройство точечного и плоскостного диода?
Каково аналитическое выражение ВАХ диода? Объясните величины входящие в формулу.
Почему обратный ток диода практически не зависит от величины обратного напряжения? Что называется током утечки? Что называется током термогенерации?
Назовите основные виды пробоя n-p- перехода. Что такое лавинный пробой? Что такое тепловой пробой? Как влияет температура на ВАХ?
Назовите основные параметры диодов. Дайте их определение.
Тема 1.2
Что называется стабилитроном? Нарисуйте ВАХ стабилитрона. Покажите рабочий участок на вольтамперной характеристике стабилитрона. Расскажите о механизме лавинного пробоя.
Дайте определение основных параметров стабилитрона.
Нарисуйте схему параметрического стабилизатора. Поясните принцип стабилизации напряжения на примере параметрического стабилизатора в режимах стабилизации по напряжению и по нагрузке.
Тема 1.3
Как образуется запирающий слой в электронно-дырочном переходе и как он изменяется, если приложить к переходу прямое или обратное напряжение?
Почему транзистор не будет работать при большом расстоянии между эмиттерным и коллекторным переходами?
Объясните входные и выходные характеристики полупроводникового триода, включенного по схеме с общей базой.
Покажите рабочую область на входных и выходных характеристиках полупроводникового триода.
Какого порядка можно получить коэффициенты усиления по току и по напряжению для каскада с общей базой?
Тема 1.4
Что называется биполярным транзистором? Приведите схемотехнические обозначения биполярных транзисторов двух типов и название электродов. Нарисуйте схему включения с ОЭ.
Принцип действия транзистора. 3а счет каких носителей тока в транзисторе образуются токи эмиттера, коллектора и базы  .
Приведите аналитические выражения, токов базы, и коллектора. Поясните смысл коэффициентов  и  . Приведите связь между ними.
Приведите входные характеристики для схемы включения транзистора с ОЭ и объясните их.
Приведите выходные характеристики для схемы включения транзистора с ОЭ. Объясните их.
Представьте транзистор в виде четырехполюсника. Что такое h-параметры транзистора.
Тема 2.1
Нарисовать блок схему вторичного источника питания. Изобразить напряжения на входе и выходе каждого блока источника питания. Объяснить назначение каждого блока.
Нарисовать схему однополупериодного выпрямителя. Изобразить осциллограммы напряжений на входе и выходе схемы. Объяснить принцип действия схемы. Привести параметры схемы. Пояснить недостатки схемы.
Нарисовать мостовую схему выпрямителя. Изобразить осциллограммы напряжений на входе и выходе схемы. Объяснить принцип действия схемы. Привести параметры схемы. Пояснить достоинства и недостатки схемы.
Для чего применяются фильтры в выпрямителях? Какие виды фильтров вам известны? Привести их схемы. Какой параметр характеризует качество фильтра?
Пояснить принцип фильтрации на примере простейшего фильтра – конденсатора.
Тема 2.2
Какие классы усиления Вы знаете? Как выбрать положение рабочей точки для соответствующего класса усиления?
Какую функцию выполняют резисторы в цепи базы?
Нарисуйте зависимость выходного напряжения от входного. Как называется такая зависимость?
Что понимается под динамическим диапазоном усиления?
На семействе выходных характеристик постройте нагрузочные линии по постоянному и переменному токам, покажите по нагрузочной прямой линейную и нелинейную области усиления.
Зачем во входной и выходной цепях стоят разделительные конденсаторы?
С какой целью введен резистор в цепь эмиттера?
Зачем необходимо стабилизировать положение рабочей точки транзистора?
Какие элементы в схеме выполняют роль стабилизации положения рабочей точки? Поясните работу схемы стабилизации.
От каких элементов зависит значение коэффициента усиления в области средних частот?
Какие элементы влияют на ход АЧХ в области верхних частот, нижних частот?
Приведите эпюры напряжений и токов в базовой и коллекторных цепях в схеме включения транзистора с ОЭ.
Тема 2.3
Приведите обобщенную блок-схему автогенератора и поясните назначение основных блоков.
Какие условия должны быть выполнены в электронной схеме, для того, чтобы эта схема стала выполнять функцию автогенератора. Запишите указанные условия баланса фаз и баланса амплитуд в аналитической форме и дайте необходимые пояснения.
Приведите варианты выполнения частотозадающих цепей типа LC и RC.
Покажите в автогенераторе, с физической точки зрения, процессы возникновения, нарастания и установления амплитуды колебаний переменного напряжения на выходе.
Проиллюстрируйте процесс стабилизации амплитуды выходного напряжения. Что влияет на стабильность амплитуды?
Получите аналитическое выражение АЧХ и ФЧХ для цепи Вина на основе анализа определите частоту квазирезонанса, коэффициент передачи и фазовый сдвиг на частоте квазирезонанса.
С какой целью в автогенераторах типа RC используется нелинейные инерционные и безынерционные элементы: лампочки накаливания, термисторы, диоды?
Тема 2.4
Постройте нагрузочную линию по постоянному току в режиме холостого хода и при подключенной нагрузке для транзисторного ключа с ОЭ. Укажите положение рабочей точки для режима насыщения и режима отсечки.
Каким образом в транзисторном ключе обеспечивается режим отсечки и режим насыщения.
Какие основные причины влияют на быстродействие транзисторных ключей?
Как влияет на быстродействие ключа наличие паразитной емкости нагрузки?
Какие меры принимаются для увеличения быстродействия транзисторных ключей?
Что даёт применение форсирующей ёмкости? Приведите схему и рассмотрите физические процессы в ключе с форсирующей ёмкостью.
За счёт каких факторов происходит увеличение быстродействия в транзисторных ключах с нелинейной обратной связью. Приведите схему такого ключа и, с помощью соответствующих диаграмм, покажите процесс уменьшения длительности фронтов в выходном импульсе?
Изменяется ли степень насыщения транзистора в ключах с форсирующей ёмкостью и нелинейной обратной связью в процессе формирования выходного импульса?
Тема 2.5
Какие цепи называются линейными?
При каких условиях можно пренебрегать индуктивностями элементов цепи?
Чем отличаются Фурье-спектры периодического и одиночного импульсного сигналов?
Объясните, почему в несогласованной нагрузке выделяется меньшая мощность, чем в согласованной?
Что такое генератор тока и генератор напряжения?
С помощью каких цепей можно избавиться от сетевых помех при регистрации высокочастотных и медленно меняющихся сигналов?
В чём различие между длительностью и постоянной времени фронта импульса?
Тема 2.6
Является ли коэффициент модуляции при радиотелефонной передаче постоянной величиной?
Какова ширина полосы частот радиопередатчика, если наивысшая частота модулирующих звуков составляет 2500 Гц?
Для радиосвязи необходимо применять колебания высокой частоты. Чем это обусловлено?
Почему дальность действия радиостанции увеличивается при увеличении коэффициента модуляции?
Что можно использовать в качестве нелинейного элемента при модуляции?
Какой тип детектирования применяется в настоящей работе?
Имеет ли преимущества детектирование на транзисторе перед детектированием на диоде и при каких условиях?
Почему в схеме диодного детектора нагрузочное сопротивление должно быть достаточно большим?
Тема 3.1
Перечислите основные характеристики операционного усилителя.
В чём отличие идеального ОУ от реального?
Что такое дифференциальные и синфазные сигналы?
Выведите выражения для коэффициентов усиления для инвертирующего и неинвертирующего усилителей на ОУ.
Объясните вид АЧХ усилителя на ОУ.
Что такое напряжение смещения ОУ?
Объясните назначение резистора, соединяющего неинвертирующий вход ОУ с общим проводом.
Тема 3.2
В чём отличие вынужденных колебаний от свободных?
В чём заключается явление резонанса? Что показывает кривая резонанса? Какой резонанс возникает в колебательном контуре усилителя ВЧ?
В каком случае контуры называются связанными? Какая связь двух контуров называется критической? Какие особенности имеют кривые резонанса связанных контуров?
Почему экраны на катушках увеличивают их активное сопротивление?
Что надо сделать, чтобы резонанс в контуре был более острым?
Как определить из кривой резонанса контура его полосу пропускания?
Какую полосу пропускания должен иметь колебательный контур для различных видов радиопередачи?
Как влияет сопротивление, шунтирующее контур, на добротность контура и его резонансные свойства?
Как влияет внутреннее сопротивление генератора, питающего параллельный контур, на резонансные свойства?
Тема 3.3
Какой тип обратной связи между каскадами имеет место в мультивибраторе?
Чему равны частоты импульсов выходного сигнала несинхронизованного и ждущего мультивибраторов?
Какими физическими процессами обусловлено затягивание заднего фронта выходного сигнала в мультивибраторе?
Из каких соображений выбирается рабочая точка транзистора в схеме ждущего мультивибратора?
Почему новое после подачи запускающего импульса состояние ждущего мультивибратора некоторое время является устойчивым?
Что позволяет использовать однолучевой двухканальный осциллограф для одновременного наблюдения двух разных сигналов?
Тема 3.4
В чем различие между цифровыми и аналоговыми системами?
Дайте определение логического элемента.
С сигналами какой формы работают логические элементы?
Дайте определение логического нуля и логической единицы. Что такое Н и L уровни?
Поясните функциональное назначение, выполняемые операции, приведите условное обозначение операций и таблицы состояния (истинности) базовых логических элементов.
Приведите основные теоремы булевой алгебры.
Тема 3.5
В чем различие между быстродействием и временем срабатывания триггера?
Чем различаются RS, D и T -триггеры?
Как объяснить, что при наличии положительной обратной связи между каскадами триггера его состояния являются устойчивыми (в отличие от RC -генератора, где положительная обратная связь приводит к незатухающим колебаниям )?
Почему частота следования импульсов на выходе T-триггера в два раза меньше чем на счётном входе?
С какими целями в схему регистрации космических частиц при помощи счетчика Гейгера-Мюллера включен триггер?
Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).
Основной вид самостоятельной работы студентов заключается в подготовке к выполнении лабораторных работ по применению изучаемых в рамках курса «Радиофизика» основных физических понятий, моделей, законов и формул с целью развития и закрепления требуемых знаний, умений и навыков.
Примерные вопросы к зачету
Основы радиофизики. Общие понятия.
Особенности излучения и распространения радиоволн.
Радиоэлектронные системы.
Сигналы и их классификация.
Спектры периодических сигналов. Преобразование Фурье.
Спектры непериодических сигналов. Преобразование Лапласа.
Связь между спектрами периодических и непериодических сигналов.
Свойства преобразования Фурье и Лапласа (теоремы о спектрах).
Случайные сигналы. Виды распределений.
Случайные сигналы. Моментные функции. Свойство эргодичности.
Случайные сигналы. Спектральная плотность мощности.
Шумы в радиоэлектронных устройствах.
Идеализированные элементы радиоэлектронных цепей.
Модели пассивных элементов радиоэлектронных цепей.
Классификация радиоэлектронных цепей и способы их описания.
Основные параметры радиоэлектронных цепей.
Частотные характеристики радиоэлектронных цепей (RC цепи).
Линейные цепи с распределенными параметрами.
Резонансные цепи. Колебательный контур.
Резонансные явления в связанных контурах.
Собственные и примесные полупроводники. Электронная и дырочная проводимости.
Электрические переходы.
Основные параметры p-n перехода.
Полупроводниковые диоды.
Биполярный транзистор. Схемы включения.
Биполярный транзистор как четырехполюсник. h-параметры.
Полевые транзисторы.
Усилители электрических сигналов. Выбор рабочей точки.
Обратная связь в усилителях.
Дифференциальные усилители.
Операционные усилители.
Генераторы гармонических колебаний. Принцип работы и основные параметры.
Амплитудная модуляция сигналов.
Частотная и фазовая модуляция сигналов.
Детектирование сигналов.
Логические операции «И», «ИЛИ», «НЕ», их физическая реализация.
Образовательные технологии.
В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки для реализации компетентностного подхода предусматривается использование в учебном процессе следующих активных и интерактивных форм образовательных технологий: лекционные чтения, проведение лабораторный практикум и внеаудиторная работа в учебно-научных лабораториях.
Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля).
Основная литература
Манаев Е. И. Основы радиоэлектроники. - 3-е изд, перераб. и доп.. - М.: Радио и связь, 2005. - 512 с.
Першин В.Т. Основы радиоэлектроники и схемотехники: учебное пособие для студентов вузов. – Ростов н/Д: Феникс, 2006. -544 с.
Основы радиоэлектроники. Под ред. Петрухина Г.Д. - М.: Изд. МАИ, 2003. – 414 с.
Дополнительная литература:
Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника: Уч. пособие для вузов. М.: Высш. школа, 1982.
Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: Высшая школа, 1983.
Войшвилло Г.В. Усилительные устройства. Учебник для вузов.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Радио и связь. 1983.
Ногин В.Н. Аналоговые электронные устройства: Уч. пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 1992.
Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М., «Энергия», 1977.
Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. - М.: Мир, 1982.
Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3-х томах Пер. с англ. - 4 изд.,перераб. и доп, - М.: Мир, 1993.
Й.Янсен. Курс цифровой электроники. М., «Мир», 1987.
Алексенко А. Г., Коломбет, Г. И. Стародуб. Применение прецизионных ана логовых микросхем.–2-е изд., перераб. и доп.–М.: Радио и связь, 1985.
Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:
eLIBRARY – Научная электронная библиотека (Москва) http://elibrary.ru/
Единое окно доступа к образовательным ресурсам: http://window.edu.ru/window/
Федеральный портал «Российское образование»: http://www.edu.ru/
Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля).
Лекционная аудитория с доской мелом, лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием, компьютерный класс для практических занятий.
Дополнения и изменения к рабочей программе на 201 / 201 учебный год
В рабочую программу вносятся следующие изменения:
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры ____________________ «___»_______________201 г.
Заведующий кафедрой ___________________/___________________/
Роспись Ф.И.О.
|
