Электротехника, электроника и метрология

Бакалавриат 2018/2019

Статус: Курс обязательный (Информатика и вычислительная техника)

Направление: 09.03.01. Информатика и вычислительная техника

Кто читает: Департамент электронной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 2-й курс, 1-4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Исмаил-Заде Мамед Рашидович, Касаткин Александр Дмитриевич, Красивская Мария Игоревна, Кулагин Владимир Петрович, Петросянц Константин Орестович, Рябов Никита Иванович, Самбурский Лев Михайлович, Юрин Александр Игоревич

Язык: русский

Кредиты: 8

Контактные часы: 152

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Просмотр программы Аннотация Цель освоения дисциплины Планируемые результаты Содержание учебной дисциплины Текущий контроль Промежуточная аттестация Программное обеспечение Электронные образовательные ресурсы Материально-техническое обеспечение дисциплины Особенности организации дисциплины ... Пользователи Прикрепление пользователей Аннотация Задачей дисциплины является формирование следующих компетенций у студентов: • получение систематизированного представления о современных научных подходах к изучению методов анализа электрических и электронных цепей, метрологи-ческих основ электро-радиоизмерений; • понимание места электротехники, электроники и метрологии в ряду научно-технических направлений; • умение применять методы при проектировании электротехнических и электронных устройств. В текущий контроль входят активность на семинарах, домашние задания, лабораторные работы, контрольные работы. Итоговым контролем является экзамен.

Цель освоения дисциплины

Целью изучения дисциплины «Электротехника, электроника и метрология» является формирование у студентов совокупности теоретических и практических знаний в области электрических и электронных цепей, метрологии и освоение студентами основных навыков анализа и экспериментального исследования цепей, которые необходимы для успешного усвоения других общепрофессиональных и специальных дисциплин последующей вузовской подготовки.

Планируемые результаты обучения

Знать: задачи электротехники
Знать: Основные понятия и законы электрических цепей
Уметь: записать математические уравнения для основных законов
Владеть: методиками составления систем уравнений, описывающих электрические цепи
Знать: особенности состава и функционирования линейных электрических цепей постоянного тока
Уметь: выбрать необходимые принципы и законы для описания режима работы.
Владеть: методиками расчёта режимов линейных цепей постоянного тока
Знать: особенности протекания переходных процессов в линейных электрических цепях с сосредоточенными параметрами
Уметь: выбрать необходимые принципы и законы для описания переходного процесса.
Владеть: методиками расчёта переходных процессов
Знать: особенности состава и функционирования линейных электрических цепей гармонического тока
Владеть: методиками расчёта режимов линейных цепей гармонического тока
Знать: особенности состава и функционирования линейных электрических цепей с распределёнными параметрами
Владеть: методиками расчёта установившихся процессов в линейных цепях с распределёнными параметрами
Знать основные параметры и эксплуатационные характеристики ИМС.
Знать * классификацию и назначение основных п/п приборов; * перечень и типовые значения основных параметров, определения и типовые виды статических характеристик п/п приборов.
Уметь * описать структуру и указать назначение элементов эквивалентных схем п/п приборов.
Владеть * методиками компьютерного моделирования и измерения характеристик п/п приборов; * методиками расчёта параметров п/п приборов на основе их электрических характеристик
Знать * классификацию, основные функции, перечень и типовые значения основных параметров усилительных устройств, * определения и типовые виды характеристик усилительных устройств.
Уметь * охарактеризовать особенности работы и состав каскадов усилительных устройств в различных режимах работы.
Владеть * методикой выбора рабочей точки усилительного устройства по его характеристикам; * методикой определения параметров основных элементов схемы усилительного устройства по заданным его выходным параметрам; * методиками компьютерного моделирования и измерения характеристик усилительного устройства; * методиками расчёта параметров усилительного устройства на основе их электрических характеристик
Знать * классификацию обратных связей.
Уметь * описать принцип действия обрат-ной связи в электронных устройствах
Знать * классификацию, основные функции, перечень и типовые значения основных параметров логических элементов, * определения и типовые виды характеристик логических элементов.
Уметь * охарактеризовать особенности работы логических элементов в различных режимах работы; * сравнить свойства различных семейств логических элементов.
Владеть * методикой определения параметров основных элементов схемы логических элементов по заданным его выходным пара-метрам; * методиками компьютерного моделирования и измерения характеристик логических элементов; * методиками расчёта параметров логических элементов на основе их электрических характеристик
Знать * классификацию, основные функции, перечень и типовые значения основных параметров электронных ключей, * определения и типовые виды характеристик электронных ключей.
Уметь * охарактеризовать особенности работы электронных ключей в различных режимах работы; * сравнить свойства различных типов электронных ключей.
Владеть * методикой определения параметров основных элементов схемы электронных ключей по заданным его выходным параметрам; * методиками компьютерного моделирования и измерения характеристик электронных ключей; * методиками расчёта параметров электронных ключей на основе их электрических характеристик
Знать: основные понятия метрологии
Знать: Правовые основы обеспечения единства измерений
Знать: основные методы измерений, классификацию погрешностей измерений
Владеть: навыками представления результатов измерений
Знать: классификацию средств измерений
Знать: классификацию погрешностей измерений
Уметь: производить расчет инструментальной погрешности средств измерений
Владеть: навыками определения доверительной по-грешности результатов измерений, проверки результатов измерений на наличие грубых погрешностей, идентификации закона распределения результатов измерений.
Знать: принцип работы основных электроизмерительных приборов
Уметь: производить выбор средств измерений параметров электрических сигналов
Владеть: навыками работы с измерительной техникой
Знать: методы и средства измерений параметров радиоэлементов
Уметь: производить выбор средств измерений параметров радиоэлементов
Знать: Основы автоматизации измерений
Уметь: Разрабатывать базовые компоненты систем сбора данных
Владеть: навыками сопряжения измерительной и вычислительной техники

Содержание учебной дисциплины

Тема 1-1. Введение
Предмет раздела «Электротехника». Общая характеристика задач, относящихся к теории электрических цепей, связанных с преобразованием, передачей- энергии и информации.
Тема 2-1. Общая характеристика электронных устройств и интегральных микросхем
Аналоговые и цифровые электронные устройства. Серии ИМС, состав серий, система обозначений, конструктивное оформление, основные параметры и эксплуатационные характеристики ИМС.
Тема 2-2. Полупроводниковые приборы: характеристики, параметры, схемы замещения
Резисторы и конденсаторы интегральных микросхем. Выпрямительный диод, стабилитрон, диод Шоттки, фотодиод, светодиод, туннельный диод: основные параметры и характеристики. Биполярный транзистор, эквивалентные схемы Эберса-Молла и Гуммеля-Пуна. Схемы включения с общей базой и общим эмиттером, ВАХ. МОП-транзистор. ВАХ. Эквивалентная схема. Полевой транзистор с затвором Шоттки (ПТШ). ВАХ. Эквивалентная схема.
Тема 1-2. Основные понятия и законы электрических цепей
Электрическая цепь и её элементы: источники электрической энергии, преобразовательные элементы, приёмники энергии. Пассивные и активные элементы цепи. Процессы в цепях и способы их исследования. Схема замещения цепи и её элементов: схемы с распределёнными и сосредоточенными параметрами. Понятия о нелинейных, линейных и резистивных схемах. Принципы записи (составления) уравнений по законам Кирхгофа.
Тема 2-3. Общая характеристика усилительных устройств. Усилительные каскады
Классификация усилительных устройств. Схемные функции. Частотные характеристики. Параметры переходного процесса.
Тема 1-3. Основные принципы и методы анализа линейных схем постоянного тока
Принципы записи уравнений по законам Ома и Джоуля-Ленца. Баланс мощностей. Расчёт токов и напряжений на основании законов Кирхгофа и Ома. Принципы анализа линейных резистивных схем. Принцип компенсации. Принцип наложения и линейности. Метод наложения. Принцип взаимности. Теорема об эквивалентном источнике. Метод эквивалентного источника.
Тема 2-4. Понятие об обратных связях в электронных устройствах
Виды обратных связей (ОС). Основные структуры электронных устройств с типовыми ОС.
Тема 1-4. Анализ переходных процессов в линейных цепях с сосредоточенными параметрами
Причины возникновения переходных процессов. Классический метод анализа переходных процессов. Методы формирования характеристических уравнений без составления дифференциальных уравнений. Методы расчета начальных условий.
Тема 1-5. Анализ установившихся процессов гармонического тока в линейных цепях с сосредоточенными параметрами
Основные обозначения. Элементы линейных схем замещения цепей гармонического тока и уравнения связи между мгновенными значениями тока и напряжения на ёмкости и индуктивности. Комплексный метод расчёта амплитуд (или действующих значений) и начальных фаз гармонических токов и напряжений. Понятие о резонансе напряжений и токов. Частотные характеристики и резонансные кривые контура.
Тема 3-1. Введение.
Основные термины и определения метрологии. Современное состояние метрологии. Определения физической величины, измерения физической величины. Система единиц физических величин. Основное уравнение измерений.
Тема 3-2 Правовые основы обеспечения единства измерений
Закон РФ «Об обеспечении единства измерений» и другие нормативные документы в области обеспечения единства измерений в Российской Федерации
Тема 1-6. Основы анализа установившихся процессов гармонического тока в линейных цепях с распределёнными параметрами
Основные понятия и уравнения: первичные параметры; телеграфные уравнения линии при однородном распределении параметров. Решение телеграфных уравнений в установившемся режиме гармонического тока. Бегущие, прямые и обратные волны напряжения и тока. Вторичные параметры. Несогласованный и согласованный режимы работы цепи с распределёнными параметрами. Условие передачи сигналов по линии без искажения.
Тема 3-3. Основные характеристики измерений
Принципы измерений. Классификация методов измерений. Методы непосредственной оценки и методы сравнения. Классификация измерений.
Тема 3-4. Средства измерений и их классификация
Классификация средств измерений. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений.
Тема 3-5. Погрешности результатов измерений
Определение погрешности результата измерений. Классификация погрешностей измерений. Точечные и интервальные оценки результатов измерений. Законы распределения измеряемых величин. Идентификация законов распределения. Выявление грубых погрешностей. Обработка результатов измерений.
Тема 3-6. Измерение параметров электрических сигналов
Методы и средства измерений токов и напряжений. Измерение частоты и сдвига фаз периодических электрических сигналов. Осциллографические измерения. Анализ спектра электрических сигналов.
Тема 3-7. Измерение параметров радиоэлементов
Измерение электрического сопротивления резисторов, ёмкости конденсаторов и индуктивности катушек индуктивностей.
Тема 3-8. Автоматизация измерений
Основа автоматизации измерений. Сопряжение измерительной и вычислительной техники. Основы цифровой обработки сигналов.
Тема 2-5. Общая характеристика цифровых схем
Принципы построения логических элементов. Основные электрические параметры и эксплуатационные характеристики логических микросхем. Разновидности логических интегральных микросхем: ТТЛ, ЭСЛ, КМОП. Перспективные типы логических микросхем
Тема 2-6. Электронные ключи
Ключевые устройства на биполярных и МОП-транзисторах. Быстродействие ключей и способы его повышения. Аналоговые ключи. Силовые ключи. Ключевые устройства на интегральных микросхемах.

Элементы контроля

Аудиторная работа 1
Домашние задания 1
лабораторная работа 1-1
защита лабораторной работы 1-1
лабораторная работа 1-2
защита лабораторной работы 1-2
лабораторная работа 1-3
защита лабораторной работы 1-3
Экзамен 1
Аудиторная работа 2
домашние задания 2
лабораторная работа 2-1
лабораторная работа 2-2
лабораторная работа 2-3
лабораторная работа 2-4
лабораторная работа 2-5
защита лабораторной работы 2-1
защита лабораторной работы 2-2
защита лабораторной работы 2-3
защита лабораторной работы 2-4
защита лабораторной работы 2-5
контрольная работа 2-1
контрольная работа 2-2
экзамен 2
Аудиторная работа 3
Домашние задания 3
лабораторная работа 3-1
лабораторная работа 3-2
лабораторная работа 3-3
лабораторная работа 3-4
защита лабораторной работы 3-1
защита лабораторной работы 3-2
защита лабораторной работы 3-3
защита лабораторной работы 3-4
экзамен 3

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (1 модуль)
0.13 * Аудиторная работа 1 + 0.13 * Домашние задания 1 + 0.04 * защита лабораторной работы 1-1 + 0.04 * защита лабораторной работы 1-2 + 0.04 * защита лабораторной работы 1-3 + 0.04 * лабораторная работа 1-1 + 0.04 * лабораторная работа 1-2 + 0.04 * лабораторная работа 1-3 + 0.5 * Экзамен 1
Промежуточная аттестация (3 модуль)
0.1 * Аудиторная работа 2 + 0.1 * домашние задания 2 + 0.02 * защита лабораторной работы 2-1 + 0.02 * защита лабораторной работы 2-2 + 0.02 * защита лабораторной работы 2-3 + 0.02 * защита лабораторной работы 2-4 + 0.02 * защита лабораторной работы 2-5 + 0.05 * контрольная работа 2-1 + 0.05 * контрольная работа 2-2 + 0.02 * лабораторная работа 2-1 + 0.02 * лабораторная работа 2-2 + 0.02 * лабораторная работа 2-3 + 0.02 * лабораторная работа 2-4 + 0.02 * лабораторная работа 2-5 + 0.5 * экзамен 2
Промежуточная аттестация (4 модуль)
0.022 * Аудиторная работа 3 + 0.023 * Домашние задания 3 + 0.01 * защита лабораторной работы 3-1 + 0.01 * защита лабораторной работы 3-2 + 0.01 * защита лабораторной работы 3-3 + 0.01 * защита лабораторной работы 3-4 + 0.01 * лабораторная работа 3-1 + 0.01 * лабораторная работа 3-2 + 0.01 * лабораторная работа 3-3 + 0.01 * лабораторная работа 3-4 + 0.25 * Промежуточная аттестация (1 модуль) + 0.5 * Промежуточная аттестация (3 модуль) + 0.125 * экзамен 3

Программа дисциплины