Автор-составитель:
Сухов Михаил Юрьевич, д.т.н., профессор
Учебно-методический комплекс по дисциплине Электроника составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования и на основании примерной учебной программы данной дисциплины в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки инженера по специальности 190402.65 Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте. Дисциплина входит в федеральный компонент цикла общепрофессиональных дисциплин специальности и является обязательной для изучения. Данный учебно-методический комплекс рассмотрен и одобрен на заседании Учебно-методической комиссии РОАТ. Протокол №4 от 01.07.2011.
Содержание
Рабочая учебная программа по дисциплине ……………………….………
|
4
|
Конспект лекций по дисциплине ……………………………………………
|
14
|
Лабораторный практикум……………………………………………………
|
65
|
Задание на курсовую работу и общие указания к выполнению курсовой работы …………………………………………………...................................
|
70
|
Методические указания студентам …………………………………………
|
73
|
Методические указания преподавателям …………………………………..
|
74
|
Вопросы к зачету ……………………………………………………………..
|
75
|
Экзаменационные вопросы по дисциплине ………………………………..
|
76
|
Экзаменационные билеты по дисциплине …………………………………
|
79
|
1. ЦЕЛИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Электроника обеспечивает создание сложных устройств автоматики и регулирования, автоматических систем управления на железнодорожном транспорте. Поэтому знание основных технических характеристик и особенностей применения элементной базы электронных устройств является обязательным условием их рационального использования как на стадии проектирования, так и на стадии эксплуатации.
Данная дисциплина использует сведения и навыки, полученные студентами при изучении курсов «Математика», «Физика», «Теоретические основы электротехники».
Цели изучения дисциплины состоят: в изучении физических принципов действия, характеристик, параметров основных типов полупроводниковых приборов, в ознакомлении с областями их применения; в изучении принципов построения, в изучении параметров и характеристик основных типов аналоговых и цифровых устройств на электронных приборах; в освоении основных этапов и методов расчета электронных устройств; в получении навыков измерения параметров электронных приборов и устройств.
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Изучив дисциплину, студент должен:
2.1. Иметь представление: о перспективах развития электронных приборов и интегральных микросхем; об основных областях применения электронных приборов и устройств на железнодорожном транспорте.
2.2. Знать и уметь использовать: принцип действия, параметры и характеристики полупроводниковых, электровакуумных и газоразрядных приборов; основные типы, принципы построения и функционирования, параметры и характеристики усилителей, генераторов импульсных и цифровых устройств; виды интегральных схем; методы расчета и измерения параметров аналоговых и цифровых устройств.
2.3. Иметь опыт: измерения параметров электронных приборов; расчета усилителей, генераторов, импульсных и цифровых устройств; измерения параметров усилителей, импульсных и цифровых устройств.
3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Форма обучения заочная
Вид учебной работы
|
Количество часов
|
Всего по уч.плану
|
В т.ч. по семестрам
|
5
|
6
3
|
Аудиторные занятия:
|
16
|
16
|
40
|
Лекции
|
8
|
8
|
18
|
Практические и семинарские занятия
|
|
|
18
|
Лабораторные работы (лабораторный практикум)
|
8
|
8
|
|
Индивидуальные занятия
|
|
|
9
|
Самостоятельная работа
|
92
|
46
|
46
51
|
ВСЕГО ЧАСОВ НА ДИСЦИПЛИНУ
|
108
|
62
|
46
100
|
Текущий контроль (количество и вид текущего контроля)
|
|
Курс. раб.
|
Виды промежуточного контроля
(экзамен, зачет)
|
|
Зачет,
экзамен
|
4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Распределение часов по темам и видам учебной работы
Форма обучения заочная
Названия разделов и тем
|
Всего часов по учебному плану
|
Виды учебных занятий
|
Индив. занятия
|
Самостоят. работа
|
Аудиторные занятия, в том числе
|
лекции
|
Практ. занятия, семинары
|
Лаб. работы (практикумы)
|
Раздел 1. Общие сведения о важнейших этапах развития и элементах электроники
|
|
1. Развитие электроники
|
6,5
|
0,5
|
|
|
|
6
|
Раздел 2. Полупроводниковые приборы
|
1. Основы физики полупроводников
|
6,5
|
0,5
|
|
|
|
6
|
2. Свойства полупроводниковых переходов
|
6,5
|
0,5
|
|
|
|
6
|
3. Полупроводниковые диоды
|
7,5
|
0,5
|
|
1
|
|
6
|
4. Биполярные транзисторы
|
13
|
1
|
|
2
|
|
10
|
5. Полевые транзисторы
|
7,5
|
0,5
|
|
1
|
|
6
|
6. Многослойные переключающие приборы
|
12
|
1
|
|
1
|
|
10
|
7. Интегральные микросхемы
|
6,5
|
0,5
|
|
|
|
6
|
8. Оптоэлектронные приборы
|
7,5
|
0,5
|
|
1
|
|
6
| Раздел 3. Аналоговые устройства
|
1. Усилительные устройства
|
6,5
|
0,5
|
|
|
|
6
|
2. Генераторы гармонических колебаний
|
6,5
|
0,5
|
|
|
|
6
| Раздел 4. Цифровые устройства
|
1. Простейшие импульсные устройства
|
3,5
|
0,5
|
|
1
|
|
2
|
2. Регенеративные импульсные устройства
|
11,5
|
0,5
|
|
1
|
|
10
|
3. Основные типы цифровых устройств
|
6,5
|
0,5
|
|
|
|
6
|
ИТОГО:
|
108
|
8
|
|
8
|
|
92
|
4.2. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Общие сведения о важнейших этапах развития и элементах электроники
1.1. Развитие электроники
Составные части дисциплины. Важнейшие этапы развития электроники. Основные типы элементов радиоэлектронных схем.
В данном разделе рассматриваются составные части дисциплины, основные этапы и хронологические даты изобретения приборов и устройств электроники, параметры и характеристики пассивных компонентов электронных устройств, электровакуумных и газоразрядных приборов.
[1, стр. 7-20; 3, стр. 11-16; 5, стр. 3, 4; 6, стр. 3 - 8; 9, гл. 1; 10, §1.4; 12, §3.2, §3.7, §3.8]
Раздел 2. Полупроводниковые приборы
2.1. Основы физики полупроводников
Полупроводниковые материалы, собственные и примесные (p-типа, n-типа) полупроводники. Концентрация свободных носителей заряда. Дрейфовое и диффузионное движение носителей заряда и параметры, их характеризующие. Электропроводность полупроводников и влияние температуры. Генерация и рекомбинация, время жизни носителей заряда.
В данном разделе рассматриваются типы полупроводников, их свойства, типы носителей зарядов и особенности протекания тока.
[1, стр. 396-404; 2, гл. 1, стр. 5-9; 4, гл. 2, стр. 151-183; 5, гл. 1, стр. 5-35, гл. 2, стр. 36-72; 6, гл. 1, стр. 9-25; 12, §2.1, §2.2]
2.2. Свойства полупроводниковых переходов
Разновидности электрических переходов и методы их создания. Р-п переход, его образование и свойства. Параметры р-п-перехода: ширина обедненного слоя, высота потенциального барьера, емкость перехода. Вольтамперная характеристика (ВАХ) р-п перехода и реального диода. Виды пробоя. Зависимость ВАХ от температуры.
В данном разделе рассматривается образование р-п перехода, его ВАХ, параметры и свойства.
[1, стр. 20-24; 2, гл. 1, стр. 9-13; 3, гл. 1, стр. 31,32; 4, гл. 2, стр. 201-213; 5, гл. 3, стр. 75-100; 6, гл. 1, стр. 26-41; 12, §2.3]
2.3. Полупроводниковые диоды
Разновидности полупроводниковых диодов:
• выпрямительные;
• импульсные;
• стабилитроны;
• варикапы;
• туннельные и обращенные;
• СВЧ-диоды.
Особенности конструкции, основные характеристики, параметры и их зависимость от внешних условий.
В данном разделе рассматриваются типы, параметры и характеристики диодов.
[1, стр. 24-42; 2, гл. 1, стр. 13-17,19; 3, гл. 1, стр. 32-42; 5, гл. 4, стр. 101-119; 6, гл. 2, стр. 46-60; 12, §2.4, §2.5, §2.6]
2.4. Биполярные транзисторы
Виды структуры, режимы работы, схемы включения. Физические параметры (коэффициенты передачи тока в схемах ОЭ и ОБ и др.).
Статические характеристики в схемах ОЭ и ОБ и их зависимость от температуры. Работа транзистора в ключевом режиме, импульсные параметры.
Конструктивно-технологические разновидности дискретных транзисторов. Мощные и СВЧ-транзисторы: особенности конструкций, основные параметры.
В данном разделе рассматриваются типы, параметры и характеристики биполярных транзисторов, схемы их включения.
[1, стр. 42-51; 2, гл. 1, стр. 22-32, гл. 3, стр. 126-128; 3, гл. 1, стр. 43,44; 4, гл. 2, стр. 215-217; 5, гл. 5, стр. 120-136, гл. 8, стр. 221-226; 6, гл. 2, стр. 61-75; 12, §2.7, §2.8]
2.5. Полевые транзисторы
Устройство, принцип действия и классификация полевых транзисторов с управляющим р-п переходом и переходом металл-диэлектрик-полупроводник (МДП).
Физические параметры (напряжение отсечки и пороговое, внутреннее сопротивление и др.) полевых транзисторов с управляющим р-п переходом, их режимная и температурная зависимость. ВАХ транзисторов в схеме с общим истоком.
Устройство и принцип действия МДП-транзисторов с индуцированным и встроенным каналами. Физические параметры, ВАХ и их зависимость от температуры.
Работа полевого транзистора в ключевом режиме, импульсные параметры. Конструктивно-технологические разновидности полевых транзисторов. Мощные МДП-транзисторы.
В данном разделе рассматриваются типы, параметры и характеристики полевых транзисторов, схемы их включения.
[1, стр. 52-61; 2, гл. 1, стр. 32-38, гл. 3, стр. 128,129; 3, гл. 1, стр. 44-59; 5, гл. 5, стр. 137-148; 6, гл. 2, стр. 75-85; 12, §2.10]
2.6. Многослойные переключающие приборы
Тиристоры, их типы и принцип действия. Схема включения, ВАХ и параметры динистора. Принцип действия тринистора, типы и параметры.
Симисторы, их типы и принцип действия. Схема включения, ВАХ и параметры.
В данном разделе рассматриваются типы, принцип действия, параметры и характеристики переключающих приборов, схемы их включения.
[1, стр. 62-68; 2, гл. 1, стр. 38-40; 3, гл. 1, стр. 66-81; 5, гл. 6, стр. 149-176; 6, гл. 2, стр. 86-110; 12, §2.9]
2.7. Интегральные микросхемы
Типы интегральных микросхем (ИМС) по технологии изготовления и видам обрабатываемого сигнала (аналоговые, цифровые, аналого-цифровые).
В данном разделе рассматриваются основные типы интегральных микросхем.
[1, стр. 123-130, стр. 274-300; 2, гл. 1, стр. 40-45, гл. 2, стр. 78-83; 5, гл. 8, стр. 263-272; 6, гл. 4, стр. 195-204; 12, §2.11]
2.8. Оптоэлектронные приборы
Светодиоды. Устройство, принцип действия, параметры и характеристики.
Типы фотоэффектов и фотоприемники (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры). Устройство, принцип действия, параметры и характеристики.
Оптроны, их типы и параметры. Средства отображения информации.
В данном разделе рассматриваются принцип действия, параметры и характеристики основных типов оптоэлектронных приборов, области их применения.
[1, стр. 39-42; 2, гл. 1, стр. 19-22; 5, гл. 7, стр. 177-195; 6, гл. 4, стр. 213-227; 12, §3.1-§3.6, §3.9]
|
