Комп′ютерна електроніка, ч.2

Мета курсу – формування у студентів знань основ схемотехніки аналогових електронних пристроїв і методів їхнього аналізу, а також навичок вибору та побудови вузлів аналогових електронних пристроїв. У результаті вивчення дисципліни, студенти мають бути готові до конструювання аналогових електронних пристроїв різного призначення.
Завдання вивчення дисципліни. У результаті вивчення курсу здобувач повинен освоїти основні принципи побудови аналогових електронних схем, принципи функціонування підсилювальних і перетворювальних каскадів, генераторів сигналів, електричних фільтрів, принципи роботи аналогових інтегральних мікросхем, різних аспектів застосування елементної бази електроніки в практичній діяльності.
У результаті вивчення дисципліни студенти повинні:
знати: класифікацію та принципи функціонування основних аналогових пристроїв та їхніх базових елементів, особливості та основні параметри диференціальних та операційних підсилювачів, лінійні та нелінійні схеми на основі операційних підсилювачів зі зворотними зв'язками;
уміти: будувати багатокаскадні підсилювачі, розв'язувальні підсилювачі, активні фільтри, генератори синусоїдальних коливань, перетворювачі, компаратори та проводити їх розрахунки;
мати досвід: зняття основних характеристик підсилювачів (амплітудно-частотну, фазочастотну, амплітудну) і визначення параметрів різних аналогових схем, вибору елементної бази;
мати уявлення: про принцип дії сучасних аналогових інтегральних мікросхем, про особливості схемотехніки аналогових пристроїв, що враховують їхню реалізацію за інтегральною технологією та забезпечення стабільності їхньої роботи.
Дисципліна формує стійкі знання та навички щодо шляхів використання фізичних процесів у напівпровідникових приладах у аналоговій схемотехніці, cхемотехнічної реалізації різних функцій електронних пристроїв, дослідженню властивостей та особливостей застосування аналогових мікросхем.
Тематика та види навчальних занять
Для денної форми здобуття освіти
Лекційні заняття
Лекція 1. «Основи фізики напівпровідників. Зонна структура твердого тіла, електронно-дірковий перехід».
Лекція 2. «Вольт-амперна характеристика ідеального та реального p-n - переходу. Контакт металу з напівпровідником».
Лекція 3. «Діоди, їхня класифікація та сфера застосування».
Лекція 4. «Спеціальні діоди. Стабілітрони, варикапи, світло- і фотодіоди».
Лекція 5. «Керовані діоди. Тиристори».
Лекція 6. «Біполярні транзистори. Загальні положення».
Лекція 7. «Схема включення зі спільною базою».
Лекція 8. «Схема включення зі спільним колектором».
Лекція 9. «Схема включення зі спільним емітером».
Лекція 10. «Гетероструктурні біполярні транзистори».
Лекція 11. «Польові транзистори. Транзистор з керованим p-n-переходом».
Лекція 12. «МДП-транзистор».
Лекція 13. «Біполярний транзистор з ізольованим затвором і статичний індукційний транзистор».
Лекція 14. «Перспективні напрямки напівпровідникової електроніки. Польові GaAs транзистори з гетеропереходом».
Лекція 15. «SiC і GaN-транзистори».
Лабораторні заняття
Лабораторне заняття №1. «Дослідження напівпровідникових діодів».
Мета заняття: отримання практичних навичок у розрахунках схем, що містять діоди та діодні збірки. Дослідження частотних властивостей діодів на прикладі схеми заміщення. Моделювання схем випрямлячів, детекторів і обмежувачів у середовищі MicroCap 12.
Лабораторне заняття №2. «Дослідження стабілітронів».
Мета заняття: отримання практичних навичок у розрахунках схем еталонних джерел напруги з використанням стабілітронів. Моделювання параметричного стабілізатора напруги в середовищі MicroCap 12.
Лабораторне заняття №3. «Дослідження підсилювача на біполярному транзисторі за схемою зі спільною базою».
Мета заняття: отримання практичних навичок у розрахунках і моделюванні підсилювальних пристроїв на біполярних транзисторах. Аналіз режимів за постійним і змінним струмом, частотних властивостей, нелінійних спотворень і шумів.
Лабораторне заняття №4. «Дослідження підсилювача на біполярному транзисторі за схемою зі спільним колектором».
Мета заняття: Отримання практичних навичок у розрахунках і моделюванні підсилювальних пристроїв на біполярних транзисторах. Аналіз режимів за постійним і змінним струмом, частотних властивостей, нелінійних спотворень і шумів.
Лабораторне заняття №5. «Дослідження підсилювача на біполярному транзисторі за схемою зі спільним емітером».
Мета заняття: отримання практичних навичок у розрахунках і моделюванні підсилювальних пристроїв на біполярних транзисторах. Аналіз режимів за постійним і змінним струмом, частотних властивостей, нелінійних спотворень і шумів.
Лабораторне заняття №6. «Дослідження схем складених транзисторів».
Мета заняття: отримання практичних навичок у розрахунках і моделюванні підсилювальних пристроїв на біполярних транзисторах.Аналіз частотних властивостей, нелінійних спотворень, коефіцієнтів посилення за напругою і струмом.
Лабораторне заняття №7. «Дослідження диференціального підсилювача».
Мета заняття: отримання практичних навичок у розрахунках і моделюванні багатокаскадних підсилювальних пристроїв на біполярних транзисторах. Аналіз режимів за постійним і змінним струмом, частотних властивостей, нелінійних спотворень і шумів.
Лабораторне заняття №8. «Дослідження каскодного підсилювача».
Мета заняття: отримання практичних навичок у розрахунках і моделюванні багатокаскадних підсилювальних пристроїв на біполярних транзисторах. Аналіз режимів за постійним і змінним струмом, частотних властивостей, нелінійних спотворень і шумів.
Лабораторне заняття №9. «Дослідження джерел струму на біполярних транзисторах».
Мета заняття: отримання практичних навичок у розрахунках і моделюванні активних джерел струму на біполярних транзисторах. Аналіз режимів за постійним і змінним струмом у широкому діапазоні температур.
Лабораторне заняття №10. «Дослідження підсилювального каскаду з динамічним навантаженням».
Мета заняття: отримання практичних навичок у розрахунках і моделюванні підсилювальних пристроїв на біполярних транзисторах. Аналіз режимів за постійним і змінним струмом, частотних властивостей, нелінійних спотворень і шумів.
Лабораторне заняття №11. «Дослідження підсилювального каскаду на біполярному транзисторі, що працює в ключовому режимі».
Мета заняття: отримання практичних навичок у розрахунках і моделюванні підсилювальних пристроїв на біполярних транзисторах. Аналіз частотних властивостей, коефіцієнтів посилення за напругою і струмом.
Лабораторне заняття №12. «Дослідження підсилювача на польовому транзисторі за схемою зі спільним затвором».
Мета заняття: отримання практичних навичок у розрахунках і моделюванні підсилювальних пристроїв на польових транзисторах. Аналіз режимів за постійним і змінним струмом, частотних властивостей, нелінійних спотворень і шумів.
Лабораторне заняття №13. «Дослідження підсилювача на польовому транзисторі за схемою зі спільним стоком».
Мета заняття: отримання практичних навичок у розрахунках і моделюванні підсилювальних пристроїв на польових транзисторах. Аналіз режимів за постійним і змінним струмом, частотних властивостей, нелінійних спотворень і шумів.
Лабораторне заняття №14. «Дослідження підсилювача на польовому транзисторі за схемою зі спільним витоком».
Мета заняття: отримання практичних навичок у розрахунках і моделюванні підсилювальних пристроїв на польових транзисторах. Аналіз режимів за постійним і змінним струмом, частотних властивостей, нелінійних спотворень і шумівх.
Лабораторне заняття №15. «Дослідження підсилювального каскаду на польовому транзисторі, що працює в ключовому режимі».
Мета заняття: отримання практичних навичок у розрахунках і моделюванні підсилювальних пристроїв на біполярних транзисторах. Аналіз частотних властивостей, коефіцієнтів посилення за напругою і струмом.
Для заочної форми здобуття освіти
Лекційні заняття
Лекція 1. «Основи фізики напівпровідників. Зонна структура твердого тіла, електронно-дірковий перехід».
Лекція 2. «Перспективні напрямки напівпровідникової електроніки. Польові GaAs транзистори з гетеропереходом».
Лабораторні заняття
Лабораторне заняття №1. «Дослідження напівпровідникових діодів».
Мета заняття: отримання практичних навичок у розрахунках схем, що містять діоди та діодні збірки. Дослідження частотних властивостей діодів на прикладі схеми заміщення. Моделювання схем випрямлячів, детекторів і обмежувачів у середовищі MicroCap 12.
Лабораторне заняття №2. «Дослідження стабілітронів».
Мета заняття: отримання практичних навичок у розрахунках схем еталонних джерел напруги з використанням стабілітронів. Моделювання параметричного стабілізатора напруги в середовищі MicroCap 12.
Консультації здійснюються впродовж семестру згідно встановленого розкладу.
Індивідуальна робота
Для денної та заочної форми здобуття освіти
Курсова робота
Метою курсової роботи по даній дисципліні є:
1. Закріплення знань в галузі розрахунку електричних ланцюгів.
2. Набуття вміння аналізувати загальну схему та обирати метод її розрахунку.
3. Опанування навичками розрахунку блоків аналогової обробки сигналів.
4. Закріплення навичок використання ЕОМ та сучасного математичного пакету комп'ютерного моделювання – MicroCap 12 для вирішення задач розрахунку і аналізу електричних схем у курсовому проєктуванні.
Здобувач отримує завдання на початку IІІ семестру. Методичне забезпечення виконання курсової роботи – методичні вказівки.
Пояснювальна записка містить 25-30 сторінок Кількість розділів – 3.
Курсова робота виконується на листах формату А4 і повинна містити наступні основні розділи:
Розрахункова схема з індивідуальним завданням;
Умови завдання;
Розрахунок;
Необхідні графіки і діаграми.
Графічна частина –аркуші креслень перетворення схем та діаграм формату А4.
Захист курсової роботи – протягом останнього навчального тижня семестру.
Контрольна робота для здобувачів заочної форми
Завдання для виконання контрольної роботи здобувач отримує на установчій лекції.
Робота містить 5 теоретичних питань та 2 практичних завдання.
Обсяг відповіді на кожне теоретичне питання: не менше, ніж 2 сторінки машинописного тексту. Текст відповіді повинен бути виконаний самостійно, а не скопійованим з навчального посібника.
Термін надання виконаної контрольної роботи на перевірку – не пізніше, ніж за місяць до початку сесії.
Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання
Для денної форми здобуття освіти
Поточний контроль полягає у виконанні
1) 15-ти індивідуальних поточних завдань. Індивідуальні поточні завдання виконуються письмово і полягають в розв'язуванні типових задач відповідно до мети та завдань лабораторних занять. Бездоганне виконання кожного індивідуального поточного завдання оцінюється у 4,0 бали.
2) захист курсової роботи. Бездоганне виконання оцінюється у 60 балів. Захист роботи – 40 балів.
3) двох модульних контрольних робіт. Модульні контрольні роботи складаються з теоретичної і практичної частин та проводяться у формі комп'ютерного тестування. Бездоганне виконання кожної модульної контрольної роботи становить 20 балів.
Підсумковий контроль – екзамен. Екзамен усний. Максимальна оцінка, яку може отримати студент – 100 балів.
Для заочної форми здобуття освіти
Виконання та захист лабораторних робіт №1 і 2 оцінюється у 50 балів (по 25 балів за кожну)
Захист контрольної роботи. Бездоганне виконання контрольної роботи оцінюється в 25 балів. При її захисті студент може отримати до 25 балів.
Захист курсової роботи. Бездоганне виконання курсової роботи оцінюється у 60 балів. Захист роботи – 40 балів.
Підсумковий контроль – екзамен. Екзамен усний. Максимальна оцінка, яку може отримати студент – 100 балів.