МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Основы радиоэлектроники
рабочая программа дисциплины

Закреплена за кафедройКафедра радиофизики и теоретической физики
Направление подготовки03.03.02. Физика
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость3 ЗЕТ
Учебный план03_03_02_Ф-2-2020
Часов по учебному плану 108
в том числе:
аудиторные занятия 42
самостоятельная работа 39
контроль 27
Виды контроля по семестрам
экзамены: 5

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 3 (5) Итого
Недель 19
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 12 18 12 18
Лабораторные 30 36 30 36
Сам. работа 39 27 39 27
Часы на контроль 27 27 27 27
Итого 108 108 108 108

Программу составил(и):
к.ф.-м.н., доцент, Трошкин Дмирий Николаевич

Рецензент(ы):
к.ф.-м.н., доцент, Рудер Давыд Дывыдович

Рабочая программа дисциплины
Основы радиоэлектроники

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 03.03.03 РАДИОФИЗИКА (уровень бакалавриата) (приказ Минобрнауки России от 12.03.2015г. №225)

составлена на основании учебного плана:
03.03.02 Физика
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра радиофизики и теоретической физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 9
Срок действия программы: 2020-2021 уч. г.

Заведующий кафедрой
Д.ф.-м.н. Лагутин А.А.

Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра радиофизики и теоретической физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 9
Заведующий кафедрой Д.ф.-м.н. Лагутин А.А.

1. Цели освоения дисциплины

1.1.Приобретение студентами фундаментальных знаний и практических навыков в области радиоэлектроники, изучение определений и свойств электрических цепей и сигналов, действий с ними, изучение теории преобразования сигналов и передачи информации, развитие навыков практических действий с радиоэлектронными схемами

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-1: способностью использовать специализированные знания в области физики для освоения профильных физических дисциплин
ПК-2: способностью проводить научные исследования в избранной области экспериментальных и (или) теоретических физических исследований с помощью современной приборной базы (в том числе сложного физического оборудования) и информационных технологий с учетом отечественного и зарубежного опыта
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.физические явления в аналоговых и цифровых радиоэлектронных приборах, основные свойства радиоэлектронных приборов, область их применения, основные принципы, законы построения и функционирования электронных систем, теоретические и экспериментальные методы оценки параметров радиоэлектронных приборов, основные методы моделирования полупроводниковых приборов, основные направления развития радиоэлектронных приборов и устройств.
3.2.Уметь:
3.2.1.применять, эксплуатировать и производить выбор аналоговых и цифровых радиоэлектронных приборов, применять различные радиоэлектронные приборы при разработке радиоэлектронных схем, правильно применять радиоэлектронные устройства, измерять заданные параметры радиоэлектронных приборов, применять компьютерное моделирование для оценки работы конечного устройства на основе полупроводниковых приборов, самостоятельно осваивать новые радиоэлектронные приборы и устройства
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.навыками использования радиоэлектронной аппаратуры, методами радиофизических измерений, навыками использования компьютерных программ для моделирования радиоэлектронных приборов и устройств, навыками поиска и анализа информации

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Введение. Линейные электрические цепи
1.1. Понятия радиотехники и радиоэлектроники. Предмет, задачи и методы радиоэлек-троники. Электрические цепи. Активные и пассивные элементы цепей. Активные и пассивные электрические цепи. Электрический ток. Напряжение. Мгновенная мощность. Основные элементы электрических цепей. Сопротивление. Индуктивность. Емкость. Замещение физических устройств идеализированными элементами цепи. Источники энергии в электрической цепи. Лекции 5 2 ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.3
1.2. Изучение материалов и подготовка ответов на вопросы для самостоятельного изучения. Вопросы: История развития. Место данной теории среди других дисциплин. Применения в физических приложениях, в частности, в радиофизике и теории информа-ции. Вольт-амперная характеристика цепи. Сам. работа 5 1 ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.3
Раздел 2. Цепи постоянного тока
2.1. Цепи постоянного тока. Определения ветви, узла и контура цепи. Закон Ома для участка цепи. Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС. Закон Ома для пол-ной цепи. Законы Кирхгофа. Первый закон Кирхгофа. Второй закон Кирхгофа. Делитель напряжения. Теорема об эквивалентном преобразовании источников. Внутреннее сопротивление источников. Методы расчета цепей постоянного тока. Система уравнений, основанная на законах Кирхгофа. Представление цепи в виде графа. Метод контурных токов. Метод узло-вых напряжений. Метод наложения. Преобразования электрических схем. Лекции 5 2 ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.3
2.2. Задачи на применение методов расчета электрических цепей Сам. работа 5 4 ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.3
2.3. Цепи постояннного тока Лабораторные 5 12 ПК-1, ПК-2 Л3.1
Раздел 3. Свободные движения в линейных цепях с сосредоточенными параметрами
3.1. Выключатель. Функции включения и выключения. Процессы в цепях с ЭДС, яв-ляющейся функцией включения. RL-цепь. Процессы в RL-цепи при включении ЭДС. Короткое замыкание RL-цепи. RC-цепь. Процессы в RС-цепи при включении ЭДС. Короткое замыкание RС-цепи. Дифференцирующие и интегрирующие цепи. Лекции 5 2 ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.3
3.2. Решение задач на свободные движения в линейных цепях с сосредоточенными параметрами Сам. работа 5 2 ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.3
Раздел 4. RLC-контур
4.1. Общее уравнение для RLC-контура. Решение уравнения в общем виде. Частный случай LC-контура. Незатухающие гармонические колебания в LC-контуре. Собственная частота контура. Добротность контура. Частные случаи решения уравнения RLC-контура при раз-личных значениях добротности (Q<1/2, Q=1/2, Q>1/2). Колебательный разряд. Решения для RLC-контура, подключенного к постоянной ЭДС. Свободные и при-нужденные составляющие токов и напряжений. Лекции 5 2 ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.3
4.2. Решение задач на RLC-контур Сам. работа 5 2 ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.3
4.3. Пассивные RC- и RLC-цепи Лабораторные 5 12 ПК-1, ПК-2 Л3.1, Л1.1, Л1.3
Раздел 5. Электрические цепи синусоидального тока
5.1. Переменный ток. Периодические токи. Синусоидальный ток. Среднее значение за период. Среднее полупериодическое значение. Действующее значение тока. Векторные диаграммы. Гармонический ток в сопротивлении. Гармонический ток в индуктивности. Гармо-нический ток в емкости. Последовательное соединение RLC. Мощность в цепи переменного тока. Метод комплексных амплитуд. Закон Ома для комплексных амплитуд. Лекции 5 4 ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.3
5.2. Решение задач по теме цепи синусоидального тока Сам. работа 5 6 ПК-1 Л2.1, Л1.1, Л1.3
Раздел 6. Резонансные процессы в колебательных контурах
6.1. Условие резонанса в последовательных колебательных контурах. Характеристическое сопротивление контура. Добротность контура. Резонансные характеристики последовательного контура. АЧХ и ФЧХ контура. Полоса пропускания. Резонансные характеристики параллельного контура. Реальный параллельный контур. Лекции 5 2 ПК-1, ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л1.3
6.2. Решение задач на резонансные процессы Сам. работа 5 4 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л1.3
Раздел 7. Сигналы
7.1. Классификация сигналов. Детерминированный и случайный сигналы. Импульсный сигнал. Аналоговые, цифровые и дискретные сигналы. Динамическое представление сигнала. Функция Хевисайда. Геометрические методы в теории сигналов. Метрическое пространство. Метрика как критерий схожести сигналов. Обобщенный ряд Фурье. Система ортогональных функций. Тригонометрические функции и функции Уолша. Периодические сигналы и ряды Фурье. Аппаратурная реализация ортогонального разложения. Непериодические сигналы. Интеграл Фурье. Прямое и обратное преобразование Фурье. Спектральная плотность сигнала. Энергия сигнала, представленного в виде спектрального разложения. Лекции 5 2 ПК-1, ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л1.3
7.2. Решение задач на представление и спектральное разложение сигналов. Сам. работа 5 6 ПК-1, ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л1.3
7.3. Полупроводниковый диод Лабораторные 5 12 ПК-1, ПК-2 Л3.1, Л1.1, Л2.2, Л1.3
Раздел 8. Преобразования сигналов
8.1. Операция дискретизации сигналов. Теорема Котельникова. Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование. Модуляция. Амплитудная модуляция. Угловая модуляция. Частотная модуляция. Фазовая модуляция. Супергетеродинный прием. Лекции 5 2 ПК-1, ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л1.3
8.2. Решение задач на преобразования сигналов Сам. работа 5 2 ПК-1, ПК-2 Л2.1, Л1.1, Л1.2, Л1.3

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания
1. Основные элементы электрических цепей. Замещение физических устройств идеализированными элементами цепи.
2. Активные и пассивные электрические цепи. Источники энергии в электрической цепи.
3. Вольт-амперная характеристика цепи. Цепи постоянного тока. Закон Ома. Законы Кирхгофа.
4. Делитель напряжения.
5. Теорема об эквивалентном преобразовании источников. Внутреннее сопротивление источников. Методы расчета цепей постоянного тока. Преобразования электрических схем.
6. Выключатель. Процессы в цепях с ЭДС, являющейся функцией включения. RL-цепь. RC-цепь.
7. Дифференцирующие и интегрирующие цепи.
8. Общее уравнение для RLC-контура. Добротность RLC-контура. Частные случаи решения уравнения RLC-контура при различных значениях добротности (Q<1/2, Q=1/2, Q>1/2). Колебательный заряд (разряд).
9. Переменный ток. Периодические токи. Гармонический ток в элементах цепи. Мощность в цепи переменного тока.
10. Метод комплексных амплитуд. Закон Ома для комплексных амплитуд.
11. Резонанс в последовательных колебательных контурах. Резонансные характеристики последовательного контура
12. Реальный параллельный контур. Контуры первого, второго и третьего вида. Резонансные характеристики параллельного контура.
13. Определение нелинейных электрических цепей. Область использования. Полупроводники.
14. Диод.
15. Принцип работы транзистора. p-n-p и n-p-n транзисторы.
16. Схемы включения транзистора. ВАХ транзистора. Режимы работы транзистора. Эквивалентная схема транзистора.
17. Определение усилителя. Классические схемы усилителей.
18. Узкополосный усилитель. Дифференциальные усилители.
19. Обратная связь в усилителях. Операционные усилители (ОУ).
20. Автоколебательные системы. Виды генераторов. Генераторы синусоидальных колебаний низкой частоты (НЧ).
21. Релаксационные генераторы.
22. Классификация сигналов. Геометрические методы в теории сигналов. Обобщенный ряд Фурье. Система ортогональных функций. Тригонометрические функции и функции Уолша.
23. Периодические сигналы и ряды Фурье. Непериодические сигналы. Интеграл Фурье. Прямое и обратное преобразование Фурье. Спектральная плотность сигнала. Энергия сигнала, представленного в виде спектрального разложения.
24. Классификация сигналов. Операция дискретизации сигналов. Теорема Котельникова.
25. Теоретические основы модуляции сигналов. Амплитудная модуляция. Аппаратная реализация амплитудной модуляции.
26. Частотная и фазовая модуляции. Аппаратная реализация угловой модуляции. Реактивный транзистор.
27. Детектирование амплитудно-модулированных колебаний. Детектирование частотно-модулированных сигналов.
28. Основные операции преобразования сигналов. Преобразование частоты. Супергетеродинный прием.
5.2. Темы письменных работ (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
5.3. Фонд оценочных средств
см. Приложение
Приложения
Приложение 1.   ФОС ОРЭ.doc

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 А. В. Егоров, С. И. Матвеев, В. В. Поляков Основы радиоэлектроники и измерительной техники для специалистов по защите информации: учеб. пособие Изд-во АлтГУ, 2013 http://elibrary.asu.ru/handle/asu/995
Л1.2 Белов Л. А. РАДИОЭЛЕКТРОНИКА. ФОРМИРОВАНИЕ СТАБИЛЬНЫХ ЧАСТОТ И СИГНАЛОВ 2-е изд., пер. и доп. Учебник для бакалавриата и магистратуры: Гриф УМО ВО М.:Издательство Юрайт, 2018 https://biblio-online.ru/book/AC78C05A-D763-4219-BB72-9D32F0100E6D
Л1.3 Трубникова В. Электротехника и электроника: Учебники и учебные пособия для ВУЗов ОГУ, 2014 http://biblioclub.ru/index.php?page=book_red&id=330599
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 Першин В.Т. Основы радиоэлектроники: учеб. пособие М. : Высшая школа // ЭБС "Лань", 2006 // ЭБС "Лань" https://e.lanbook.com/book/65583#authors
Л2.2 Романовский М. Н. Интегральные устройства радиоэлектроники: Учебники и учебные пособия для ВУЗов Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2012 http://biblioclub.ru/index.php?page=book_red&id=209017
6.1.3. Дополнительные источники
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л3.1 А.Я. Суранов, Д.Н. Трошкин Лабораторный практикум по Радиоэлектронике: Учебное пособие Азбука, 2016 http://elibrary.asu.ru/handle/asu/4276
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 Сайт издательства «Лань» (http://e.lanbook.com/)
6.3. Перечень программного обеспечения
6.4. Перечень информационных справочных систем

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
Помещение для самостоятельной работы помещение для самостоятельной работы обучающихся Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ
005К помещение для хранения оборудования, лабораторной посуды и материалов Стеллажи; химическая посуда; вспомогательное лабораторное оборудование
Учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска)
311К лаборатория радиотехнического практикума - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации Учебная мебель на 10 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доска маркерная; стеллажи под лабораторное оборудование; компьютеры: марка Celeron Dual-Core модель E3300 - 7 единиц; мониторы: марка Acer модель V193WEOB - 7 единиц; адаптер ЛА-н20-12PCI; Анализатор АС-817; Анализатор спектра СК4; генераторы Г4-144, Г4-154, Г4-82, Г4-83; генератор/частотомер GFG-8215A; осциллограф ЕО-213 (6 шт.); стенды лабораторные (5 шт.); методические рекомендации по выполнению лабораторных работ по курсам "Радиотехнический практикум", "Полупроводниковая электроника", "Физическая электроника".

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Все лекционные материалы и практические задания разработаны на основе приведенной в РПД литературы. Часть лекционных материалов опубликована в учебном пособии «Лабораторный практикум по Радиоэлектронике».
При условии успешного выполнения всех практических заданий студент допускается к сдаче экзамена.
Продолжительность экзамена - 3 часа 00 минут. Экзаменационный билет состоит из двух теоретических вопросов и двух практических задач. Для получения оценки «удовлетворительно» достаточно для задач корректно описать способ решения, позволяющий получить ответ. Для получения оценки «хорошо» достаточно решить обе задачи до уровня формул и (или) систем уравнений и дать ответ на теоретические вопросы. Оценка «отлично» ставится за полное решение двух задачи исчерпывающий ответ на теоретические вопросы.