Вопрос 1. Развитие аналоговой схемотехники.

 

Аналоговая схемотехника является универсальным и исключительно эффективным средством при решении самых различных проблем в области сбора и преобразования информации, автоматического и автоматизированного управления, выработки и преобразования энергии. Знания в области этой науки становятся необходимыми все более широкому кругу специалистов. Сфера применения электроники постоянно расширяется. Практически каждая достаточно сложная техническая система оснащается электронными устройствами. Функции устройств электроники становятся все более разнообразными. С помощью радиоэлектронных систем и устройств можно решать такие задачи, как передача информации и ее извлечение из электромагнитного колебания, хранение и отображение информации, передача команд на управляемые объекты, контроль и обеспечение работоспособности производственных и измерительных систем.

Роль электроники в настоящее время существенно возрастает в связи с применением микропроцессорной техники для обработки информационных сигналов и силовых полупроводниковых приборов для преобразования электрической энергии.

Большинство типов первичных преобразователей физических величин (датчики, преобразователи др.) являются источниками аналоговых сигналов, а многие исполнительные элементы в объектах управления управляются непрерывно изменяющимися (аналоговыми) токами или напряжениями. Все это стимулирует ежегодное появление в мире   сотни  новых  моделей  аналоговых  и  аналого-цифровых интегральных микросхем (ИМС) – гибридных и монолитных. После изобретения планарного транзистора (Джин Хорни) и изобретения интегральной микросхемы (Джек Килби, Ж Алферов) началось бурное развитие микросхемотехники. Она (микросхемотехника) послужила основой развития информационной (цифровой) электроники. В свою очередь, потребности информационной электроники привели к созданию больших (БИС), а затем и сверхбольших (СБИС) интегральных схем. Логическим завершением этого этапа развития явилось создание микропроцессоров, микро ЭВМ и больших ЭВМ.

Использование базовых матричных кристаллов (на которых расположены десятки тысяч элементов), и программируемых логических матриц является другим способом расширения функциональных возможностей ИМС. В массовом количестве изготавливаются единые матрицы нескоммутированных (не соединенных между собой) элементов. Электрические связи между ними выполняются индивидуально на этапе формирования разводки, исходя из требований заказчика. Изготовив базовую матрицу или программируемую логическую матрицу одного типа, на ее основе можно создавать сотни разнообразных функциональных узлов различного назначения. Различие между базовыми матричными кристаллами и программируемыми логическими матрицами заключается в том, что в последних соединения формируются программными средствами (физические связи между элементами можно не только создавать, но и разрушать). Эффективное применение микросхем, особенно аналогового типа, невозможно без знания принципов их действия и основных параметров, а также теории электронных цепей. Несмотря на доминирование цифровых электронных компонентов, процентная доля аналоговых устройств на рынке электроники составляет 20 … 25%. Это означает, что квалифицированные специалисты по аналоговой схемотехнике будут востребованы еще многие годы.

Появление соответствующего программного обеспечения, использование интерактивного (диалогового) режима позволили в настоящее время перейти к машинному проектированию радиосхем. При машинном проектировании можно более точно учесть процессы в электронных приборах, что, естественно, приводит к усложнению и эквивалентных схем и уравнений, их описывающих. При таких расчетах электронный прибор представляется математической моделью, под которой понимается система уравнений, описывающая процессы в приборе. Однако, использование компьютеров при расчетах не освобождает разработчика от анализа полученных материалов, которые могут быть успешными только в том случае, если инженер хорошо понимает физическую сущность процессов, происходящих в разрабатываемой схеме, и осознает технические ограничения ее реализации. Американские специалисты считают, что, для выпускников вузов, решивших специализироваться в области аналоговой техники, необходим срок 5 – 10 лет, в то время как для аналогичного уровня освоения цифровой техники достаточно одного года. Выход один – молодым инженерам следует (кроме вузовского курса) осваивать современную схемотехнику самостоятельно, используя советы специалистов и (прежде всего) книги.

 

Вопрос 2. Порядок прохождения и отчетности по дисциплине.

 

Цели учебной дисциплины: сформировать у курсантов устойчивых теоретических знаний в области основ аналоговой схемотехники, которая является базой любой технической специальности; подготовить курсантов к грамотной эксплуатации радиолокационных, радионавигационных и радиосвязных комплексов и систем, используемых в гражданской авиации; выработать у будущих инженеров потребность в необходимости постоянной учебы и повышении профессионального мастерства; привить практические навыки в области моделирования характеристик элементов электронных схем аналоговой схемотехники.

Задачи изучения дисциплины: дать курсантам знания о трех базовых элементах аналоговой схемотехники – диоде, биполярном транзисторе и униполярном транзисторе, их характеристиках и математическом описании; научить выполнять анализ типовых схем на базе рассмотренных элементов – выпрямителя, инвертора, стабилизатора напряжения и схем усиления; научить курсантов применять практические навыки в области аналоговой схемотехники радиолокационных, радионавигационных и радиосвязных комплексов и систем гражданской авиации.

Дисциплина «Схемотехника» относится к числу основополагающих дисциплин в системе подготовки авиационных специалистов с высшим образованием для специальности 1-37 04 02 «Техническая эксплуатация авиационного оборудования», направление специальности: 1-37 04 02-02 «Техническая эксплуатация авиационного оборудования (радиоэлектронное оборудование)» в целях качественной и безаварийной эксплуатации авиационной техники.

Изучая данную дисциплину, курсанты применяют знания, полученные в процессе изучения следующих дисциплин: «Высшая математика», «Физика», «Электротехника и электроника», «Радиотехнические цепи и сигналы», в то же время дисциплина обеспечивает изучение всех последующих дисциплин: «Прием и обработка сигналов», «Формирование и передача сигналов», «Радиолокационные системы», «Радионавигационные системы», «Системы связи».

В результате изучения дисциплины курсант (студент) должен

знать: методы анализа нелинейных систем, дающих приближенные решения в рамках допустимой точности; характеристики и математическое описание трех ба

 

новых элементов аналоговой схемотехники: диода, биполярного транзистора и униполярного транзистора; физический смысл процессов в типовых схемах аналоговой схемотехники: выпрямителя, инвертора, стабилизатора напряжения и усилителя;

уметь: моделировать характеристики элементов электронных схем аналоговой схемотехники; обосновать основные требования к элементам аналоговой схемотехники радиолокационных, радионавигационных и радиосвязных комплексов и систем гражданской авиации; объяснить принцип функционирования основных каскадов радиоэлектронной аппаратуры, выполненной на принципах аналоговой схемотехники;

владеть методами: обоснования основных эксплуатационно-технических характеристик радиоэлектронной аппаратуры, выполненной на принципах аналоговой схемотехники; самостоятельного изучения и освоения новых образцов аналоговой схемотехники.

В соответствии с учебным планом на изучение учебной дисциплины «Схемотехника» отводится 372 часа, в том числе аудиторных - 186 часов. Распределение аудиторного времени по видам занятий и семестрам:

5-й семестр: лекции – 32 часа, лабораторные занятия – 8 часов, практические занятия – 10 часов;

6-й семестр: лекции – 84 часа, лабораторные занятия – 24 часа, практические занятия – 28 часов, курсовой проект.

Форма получения высшего образования – очная.

При изучении данной дисциплины используются такие формы текущей аттестации как дифференцированный зачет, курсовой проект, экзамен по учебной дисциплине.

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

Раздел 1. ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИКИ

Тема 1.1. Цепи с пассивными элементами.

ТЕМА 1.2. Цепи с активными элементами.

Раздел 2. АНАЛОГОВАЯ СХЕМОТЕХНИКА

ТЕМА 2.1 Усилительные устройства в аналоговой схемотехнике.

ТЕМА 2.2   Операционные усилители.

ТЕМА 2.3 Активные фильтры и генераторы.

ТЕМА 2.4 Стабилизаторы напряжения и источники питания.

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ.

Курсовой проект является завершающим этапом изучения дисциплины.

Цель курсового проекта: систематизировать, расширить и закрепить полученные знания; подготовить курсанта к выполнению дипломного проекта.

В результате выполнения курсового проекта курсант должен знать: организацию и основные этапы курсового проекта; теоретические основы аналоговой схемотехники; основополагающие расчетные формулы; методику расчета основных аналоговых устройств.

Курсант должен уметь: выделить основную задачу курсового проекта; найти техническую литературу и работать с ней; составить структурную схему решаемой задачи; наметить пути технического решения; вычислять основные параметры технического устройства; составлять и оформлять расчетную и техническую документацию.

Задание на курсовой проект выдается каждому курсанту индивидуально. Оформление расчетно-пояснительной записки осуществляется по стандарту.

При решении задач курсового проектирования рекомендуется применять персональный компьютер, используя соответствующие программы.

 

Примерная тематика курсовых проектов.

1. Расчет характеристик схем с нелинейной проводимостью.

2. Расчет характеристик схем с полупродниковым pn -диодом.

3. Расчет характеристик схем со специальным диодом.

4. Расчет характеристик схем с биполярным транзистором.

5. Расчет характеристик схем с униполярным (полевым) транзистором.

6. Расчет характеристик схем выпрямителя.

7. Расчет характеристик схем преобразователя постоянного напряжения.

8. Расчет характеристик схем стабилизатора напряжения.

9. Расчет характеристик схем на транзисторах.

10. Расчет частотных характеристик схемы на транзисторах с общим

эмиттером.

11. Расчет характеристик схем транзисторного усилителя с обратной связью.

12. Расчет характеристик схем полевого транзистора в ключевом режиме.

13. Расчет характеристик схем дифференциального усилителя.

14. Расчет характеристик схем оконечного усилителя.

15. Расчет характеристик операционного усилителя.