Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями гос впо рабочая программа дисциплины «Физическая электроника»

Скачать 224.45 Kb.

Название	Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями гос впо рабочая программа дисциплины «Физическая электроника»
Дата публикации	15.10.2014
Размер	224.45 Kb.
Тип	Рабочая программа

100-bal.ru > Физика > Рабочая программа

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

«УТВЕРЖДАЮ»:

Проректор по учебной работе

_______________________ /Волосникова Л.М./

__________ _____________ 2014 г.

ФИЗИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа

для студентов направления 010800.62 «Радиофизика»
Форма обучения очная

«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор работы ______________/ Гармонов А.А./

«____»___________2013 г.

Рассмотрено на заседании кафедры радиофизики 10.01.2014 года. Протокол № 5. Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.

«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:

Объем 11 стр.

Зав. кафедрой ____________________/Михеев В.А./

«____»___________ 2014 г.

Рассмотрено на заседании УМК ИФиХ «____»______________ 2013 г., протокол №____.

Соответствует ГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.

«СОГЛАСОВАНО»:

Председатель УМК _________________/Креков С.А./

«____»_____________2014 г.
«СОГЛАСОВАНО»:

И.о директора ИБЦ _________________/ Ульянова Е.А./

«____»_____________2014 г.

«СОГЛАСОВАНО»:

Зав. методическим отделом УМУ_____________/ Фарафонова И.Ю./

«____»_____________2014 г.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт физики и химии

Кафедра радиофизики

Гармонов А.А.

ФИЗИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа

для студентов направления 010800.62 «Радиофизика»

Форма обучения очная

Тюменский государственный университет

2014

Гармонов А.А. Физическая электроника. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 010800.62 «Радиофизика», форма обучения очная. Тюмень, 2014, 11 стр.

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ГОС ВПО.

Рабочая программа дисциплины «Физическая электроника» опубликована на сайте ТюмГУ: «Физическая электроника» [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.umk.utmn.ru., свободный.

Рекомендовано к изданию кафедрой радиофизики. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского государственного университета.

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой радиофизики Михеев В.А.

Требования ГОС. Цели и задачи дисциплины

Электронная оптика, электронная эмиссия, электронные приборы СВЧ: клистроны, лампы бегущей волны О-типа, лампы обратной волны, магнетроны и магнетронные усилители, электронные мазеры и лазеры.

Цель дисциплины «Физическая электроника» - изучение процессов в вакууме, в газах, в поверхностных слоях твёрдых тел, происходящих с участием электронов и ионов, и рассмотрение применения этих процессов в современных технических устройствах.

Задачей дисциплины является:

сформировать у студентов современное представление об основных методах формирования активной среды в виде электронного пучка для мощных источников когерентного электромагнитного излучения, включая теорию эмиссии электронов из твёрдого тела
познакомить студентов с современными методами электронной оптики слаботочных систем, включая различные виды электронных микроскопов.

Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Дисциплина «Физическая электроника» относится к федеральному компоненту общепрофессиональных дисциплина основной образовательной программы по направлению 010800.62 «Радиофизика».

Дисциплина «Физическая электроника» базируется на следующих дисциплинах образовательной программы бакалавра по направлению Радиофизика: модулей «Математика», «Методы математической физики» и «Общая физика» цикла Общих математических и естественнонаучных дисциплин.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать

основы классической электронной оптики;
различные виды электронной эмиссии и методы их теоретического описания;
устройство и основные характеристики различных электровакуумных приборов;
основные технические применения электронных пучков.

Уметь

проводить теоретические и экспериментальные исследования в области электронной оптики
оценивать степень достоверности результатов, полученных с помощью экспериментальных или теоретических методов исследований;
использовать основные приемы анализа процессов электронной оптики.

Владеть

приемами и навыками решения конкретных задач из разных областей физической электроники.

Структура и трудоёмкость дисциплины.

Семестр - 7. Форма промежуточной аттестации - экзамен. Общая трудоёмкость дисциплины 95 часов: 54 часа лекции, 41 час самостоятельная работа.

Таблица 1.

Тематический план

№	Тема	недели семестра	Виды учебной работы и самостоятельная работа, в час.				Итого часов по теме	Итого количество баллов
№	Тема	недели семестра	Лекции*	Семинар.(практ) занятия	Лабораторные занятия*	Самостоятельная работа*
1	2	3	4	5	6	7	8	9
	Модуль 1	1-5
1.	1.1 Введение. Электронная оптика.		2				2
2.	1.2 Движение электронов в электрическом и магнитном статических полях		6			4	10	0-17
3.	1.3 Электронно-оптические свойства полей с аксиальной симметрией. Электронные линзы		6			3	9	0-12
4.	1.4 Электронно-оптические системы		4			6	10	0-6
	Всего		18			13	31	0-35
	Модуль 2	6-12
1.	2.1 Электронная эмиссия. Интенсивные электронные пучки		6			2	8	0-10
2.	2. 2 Общие вопросы эмиссионной электроники		6			6	12	0-7
3.	2.3 Термоэлектронная эмиссия		6			5	11	0-18
	Всего		18			13	31	0-35
	Модуль 3	13-18
1.	3.1 Полевая эмиссия		6			3	9	0-8
2.	3.2 Вторичная электронная эмиссия		5			3	8	0-8
3.	3.3 Фотоэлектронная эмиссия		5			4	9	0-8
4.	3.4 Электронные приборы СВЧ: клистроны, лампы бегущей волны О-типа, лампы обратной волны, магнетроны и магнетронные усилители, электронные мазеры и лазеры.		2			5	7	0-6
	Всего		18			15	33	0-30
	Итого (часов, баллов):		54			41	95	0-100

Таблица 2.

Виды и формы оценочных средств в период текущего контроля

№ темы	Письменные работы			Итого количество баллов
№ темы	контрольная работа	реферат	отчет по заданиям самост. работы	Итого количество баллов
Модуль 1
1.1 Введение. Электронная оптика.
1.2 Движение электронов в электрическом и магнитном статических полях	0-10		0-7	0-17
1.3 Электронно-оптические свойства полей с аксиальной симметрией. Электронные линзы	0-10		0-2	0-12
1.4 Электронно-оптические системы		0-6		0-6
Всего				0-35
Модуль 2
2.1 Электронная эмиссия. Интенсивные электронные пучки	0-10		0-2	0-12
2. 2 Общие вопросы эмиссионной электроники		0-6		0-6
2.3 Термоэлектронная эмиссия	0-10		0-7	0-17
Всего				0-35
Модуль 3
3.1 Полевая эмиссия	0-6		0-2	0-8
3.2 Вторичная электронная эмиссия	0-6		0-2	0-8
3.3 Фотоэлектронная эмиссия	0-6		0-2	0-8
3.4 Электронные приборы СВЧ: клистроны, лампы бегущей волны О-типа, лампы обратной волны, магнетроны и магнетронные усилители, электронные мазеры и лазеры.		0-6		0-6
Всего				0-30
Итого				0 – 100

Таблица 3.

Планирование самостоятельной работы студентов

№	Модули и темы	Виды СРС	Неделя семестра	Объём часов	Кол-во баллов
№	Модули и темы	обязательные	Неделя семестра	Объём часов	Кол-во баллов
Модуль 1			1-5
1.1	Введение. Электронная оптика	Работа с учебной литературой
1.2	Движение электронов в электрическом и магнитном статических полях	Работа с учебной литературой, подготовка к контр. работе		4	0-5
1.3	Электронно-оптические свойства полей с аксиальной симметрией. Электронные линзы	Работа с учебной литературой, подготовка к контр. работе		3	0-2
1.4	Электронно-оптические системы	Подготовка реферата		6	0-6
	Всего по модулю 1:			13	0-13
Модуль 2			6-12
2.1	Электронная эмиссия. Интенсивные электронные пучки	Работа с учебной литературой, подготовка к контр. работе		2	0-2
2.2	Общие вопросы эмиссионной электроники	Подготовка реферата		6	0-6
2.3	Термоэлектронная эмиссия	Работа с учебной литературой, подготовка к контр. работе		5	0-3
	Всего по модулю 2:			13	0-11
Модуль 3			13-18
3.1	Полевая эмиссия	Работа с учебной литературой, подготовка к контр. работе		3	0-2
3.2	Вторичная электронная эмиссия	Работа с учебной литературой, подготовка к контр. работе		3	0-2
3.3	Фотоэлектронная эмиссия	Работа с учебной литературой, подготовка к контр. работе		4	0-2
3.4	Электронные приборы СВЧ: клистроны, лампы бегущей волны О-типа, лампы обратной волны, магнетроны и магнетронные усилители, электронные мазеры и лазеры.	Подготовка реферата		5	0-6
	Всего по модулю 3:			15	0-12
	ИТОГО:			41	0-36

Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами.

№ п/п

Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин

Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин

Функциональная электроника

Квантовая радиофизика

Содержание дисциплины.

Модуль 1.

Тема 1.1. Введение. Электронная оптика

Предмет и задачи курса. Основные этапы развития электроники. Области пименения полупроводниковых и вакуумных электронных приборов. Типичная блок-сехема мощного вакуумного электронного прибора СВЧ. Разделы курса.
Тема 1.2. Движение электронов в электрическом и магнитном статических полях

1. Уравнения движения в электромагнитном поле. Случаи однородных электрического и магнитного полей. Интеграл энергии.

2. Движение в слабонеоднородных полях (дрейфовая теория). Поперечный адиабатический инвариант. Дрейфовые уравнения. Уравнения Лагранжа. Теорема Буша.

3. Критический режим магнетрона. Инвариант Пуанкаре. Адиабатическая теория магнетронно-инжекторной пушки гиротрона.

4. Вариационные принципы динамики заряженных частиц. Электронно-оптический коэффициент преломления.
Тема 1.3. Электронно-оптические свойства полей с аксиальной симметрией. Электронные линзы

1. Дифференциальные уравнения траекторий заряженных частиц в аксиально-симметричных полях. Уравнения параксиальных траекторий. Изображающие свойства параксиальных пучков (стигматичность и подобие изображений). Классификация электростатических линз. Особенности электростатических линз с ограниченной областью поля. Иммерсионные линзы. Построение изображения в тонкой и толстой линзах. Линзы-диафрагмы. Иммерсионный объектив.

2. Классификация магнитных линз. Электронно-оптические свойства короткой (слабой) и длинной магнитных линз. Сильные магнитные линзы. Аберрации электронных линз. Электронные зеркала. Квадрупольные линзы. Отклоняющие системы.
Тема 1.4. Электронно-оптические системы

1. Прожекторы электронно-лучевых трубок. Электронно-лучевые технологические установки. Электронные микроскопы (эмиссионный, просвечивающий, отражательный, растровый, автоэлектронный и автоионный, проекционные микроскопы). Разрешающая сила электронных микроскопов просвечивающего типа.

2. Системы фокусировки протяженных интенсивных электронных пучков (магнитная, периодическая, электростатическая, центробежная). Системы рекуперации энергии электронов в мощных электронных приборах.
Модуль 2

Тема 2.1. Электронная эмиссия. Интенсивные электронные пучки

1. Система самосогласованных уравнений пучка в статических полях. Режимы температурного ограничения эмиссии и ограничения тока пространственным зарядом в электронных диодах. Теория идеализированного плоского диода (закон “трёх вторых”).

2. Предельный ток транспортировки электронного пучка в пространстве дрейфа. Формирование ленточных электронных пучков. Пушки Пирса.
Тема 2.2. Общие вопросы эмиссионной электроники

Классификация электронной эмиссии. Релаксационные эффекты при движении возбужденных электронов к поверхности твердого тела. Работа выхода электронов из твердого тела. Профиль потенциального барьера.
Тема 2.3. Термоэлектронная эмиссия

Теория термоэлектронной эмиссии из твёрдого тела. Механизм действия пленочного катода. L-катод. Оксидный катод. Эффект Шоттки.
Модуль 3.

Тема 3.1 Полевая эмиссия.

Прохождение электронов сквозь потенциальный барьер на поверхности твёрдого тела. Расчет автоэлектронного тока. Свойства и применение автоэлектронных катодов. Взрывная эмиссия. Сильноточные релятивистские ускорители электронов.
Тема 3.2 Вторичная электронная эмиссия.

Зависимость коэффициента вторичной эмиссии от энергии и угла падения первичных электронов. Распределение вторичных электронов по энергиям. Особенности вторичной эмиссии из полупроводников и диэлектриков.
Тема 3.3 Фотоэлектронная эмиссия.

Основные законы внешнего фотоэффекта (законы Столетова и Эйнштейна). Спектральные фотоэлектрические характеристики металлов. Плотность тока фотоэмисии. Фотоэлектронная эмиссия диэлектриков и полупроводников. Сурьмяноцезиевый фотокатод.
Тема 3.4 Электронные приборы СВЧ\

Клистроны, лампы бегущей волны О-типа, лампы обратной волны, магнетроны и магнетронные усилители, электронные мазеры и лазеры.

Планы семинарских занятий

Учебным планом ООП не предусмотрены.

Лабораторный практикум.

Учебным планом ООП не предусмотрен.

Примерная тематика курсовых работ.

Учебным планом ООП не предусмотрена.

Учебно – методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

Примеры заданий для самостоятельной работы.

Рассчитать траекторию электрона для заданной стационарной конфигурации электрического и магнитного полей.
Построить изображение в заданной системе электростатических линз.
Построить изображение в заданной системе электростатических линз.
Построить изображение в заданной системе магнитных линз.
Рассчитать аберрации заданной системы электронных линз.
Рассчитать режим температурного ограничения эмиссии диода.
Рассчитать быстродействие фотоумножителя.

Примерные темы рефератов

Электронно-оптические системы микроскопов в их историческом развитии.
Последние достижения эмиссионной электроники.
Способы повышения интенсивности электронных пучков.
Применения фотоэлектронной эмиссии.
Современные устройства с использованием вторичной эмиссии электронов.
Перспективные источники для лазеров на свободных электронах.

Примерные вопросы на экзамен

Интеграл энергии при релятивистских скоростях электронов. Виды электронных траекторий при движении в статических однородных электрическом и магнитном полях.
Преставление радиус-вектора и скорости электрона при движении в слабо неоднородных полях. Условия сохранения поперечного адиабатического инварианта. Теорема Буша. Устройство и принцип работы магнетронно-инжекторной пушки гиротрона.
Вариационные принципы динамики заряженных частиц (принцип Гамильтона, укороченного действия, Мопертюи). Электронно-оптический коэффициент преломления.
Классификация электростатических линз. Построение изображения в тонкой и толстой линзах.
Классификация магнитных линз. Понятие о квадрупольных линзах и электронных зеркалах. Виды аберраций электронных линз.
Виды электронных микроскопов (эмиссионный, просвечивающий, отражательный, растровый, автоэлектронный, автоионный), принцип их действия.
Принцип работы системы рекуперации энергии электронов в мощных электронных приборах.
Отличия режимов температурного ограничения эмиссии и ограничения тока пространственным зарядом в электронных диодах. Закон “трёх вторых” для плоского диода.
Пушки Пирса. Предельный ток транспортировки электронного пучка в пространстве дрейфа.
Силы, действующие на электрон при выходе из твёрдого тела. Профиль потенциального барьера на границе твердого тела.
Теория термоэлектронной эмиссии из твердого тела. Механизмы действия пленочного и оксидного катодов.
Изменение профиля потенциального барьера на границе твердого тела под действием внешнего электрического поля. Эффект Шоттки. Автоэлектронная и взрывная эмиссия.
Зависимость коэффициента вторичной эмиссии от энергии и угла падения первичных электронов. Распределение вторичных электронов по энергиям.
Основные законы внешнего фотоэффекта (законы Столетова и Эйнштейна). Типы фотокатодов и их сравнительные характеристики.
Принцип работы и быстродействие фотоэлементов с внешним фотоэффектом. Фотоумножители.

Для самостоятельного изучения теоретического материала студентами используются учебники и учебные пособия, приведённые в списке литературы (п. 9.1 и п. 9.2). Трудоёмкость самостоятельного изучения теоретического материала составляет 36 часов.

Для успешного освоения материала студентам выдаётся комплект контрольных заданий для самостоятельного решения. Набор заданий формируется лектором. Лектор проводит консультации, проверяя корректность предложенных решений.

Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
1. Основная литература:

Лифшиц, Е. М. Теоретическая физика. В 10 тт. Т. 8. Электродинамика сплошных сред [Электронный ресурс] : учебное пособие / Е. М. Лифшиц, Л. Д. Ландау. - М.: Физматлит, 2005. - 652 с. Режим доступа: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=84180 . (дата обращения 16.01.2014).
Сигов, А. С. Электроника [Электронный ресурс] : учебное пособие / А. С. Сигов, В. И. Нефедов, А. А. Щука. - М.: Абрис, 2012. - 349 с. Режим доступа: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=117510 (дата обращения 16.01.2014).

9.2. Дополнительная литература:

Барыбин, А. А. Электроника и микроэлектроника. Физико-технологические основы [Электронный ресурс] : учебное пособие / А. А. Барыбин. - М.: Физматлит, 2008. - 424 с. Режим доступа:http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=75443 (дата обращения 16.01.2014).
Грабовски, Б. Cправочник по электронике [Электронный ресурс] / Б. Грабовски. - М.: ДМК Пресс, 2009. - 410 с. Режим доступа: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=47548 (дата обращения 16.01.2014).
Протасов, Ю. С.. Основы плазменной электроники: учеб. пособие для студ вузов, обуч. по напр. 553100 "Техн. физика"/ Ю. С. Протасов, С. Н. Чувашев. - Москва: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. - 632 с.
Высокоэнергетичная электроника: учеб. пособие для студ. вузов, обуч. по напр. 553100 "Тех. физика"/ ред. В. Е. Фортов. - Москва: Изд-во МГТУ, 2007. - 688 с.

9.3.Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:

Электронная библиотека Попечительского совета механико-математического факультета Московского государственного университета http://lib.mexmat.ru
eLIBRARY – Научная электронная библиотека (Москва) http://elibrary.ru/

Для работы на практических занятиях необходим пакет программ Maple 12 (или выше).

Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля).

Лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием, компьютерный класс для практических занятий, лекционная аудитория.

Добавить документ в свой блог или на сайт

	Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями фгос впо... ...		Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями гос впо... Рассмотрено на заседании кафедры радиофизики года. Протокол №. Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению
	Рабочая программа дисциплины «Учебные научно-исследовательские работы» Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями гос впо по направлению подготовки по специальности 220301 «Автоматизация...		Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями гос впо... Н. А. Балюк. Организация транспортного сервиса: Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 100100....
	Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями гос впо... Рассмотрено на заседании умк института филологии и журналистики 26. 01. 2008. Протокол №		Кафедра экологии и природопользования Рабочая программа учебной дисциплины «Устойчивое развитие человечества» составлена в соответствии с требованиями гос впо
	Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями гос впо... Е. Ю. Созонова. Страноведение: Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 100100. 62 «Сервис». Тюмень:...		Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями гос впо... Рассмотрено на заседании кафедры Моделирования физических процессов и систем 30 августа 2013 года, протокол №1
	Рабочая программа учебной дисциплины Основная образовательная программа... Рабочая программа учебной дисциплины «Физическая культура» составлена в соответствии с требованиями ооп всех направлений подготовки...		Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями гос впо... Учебно-методический комплекс рабочая программа для студентов направления 100200. 62 «Туризм»
	Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями гос впо... Рассмотрено на заседании кафедры радиофизики года. Протокол №. Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению		Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями гос впо... Учебно-методический комплекс рабочая программа для студентов направления 100200. 62 «Туризм»
	Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями гос впо... Учебно-методический комплекс рабочая программа для студентов направления подготовки 100200. 62 «Туризм»		С. А. Тяглова Хороведение и хоровая аранжировка Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями гос впо с учетом рекомендаций и Прооп впо по специальности
	Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями гос впо... Н. А. Балюк. Историческая география Сибири. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления подготовки...		Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями гос впо... Е. Ю. Созонова. География курортов мира: Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 100100. 62 «Сервис»...