РАДИОМАТЕРИАЛЫ И РАДИОКОМПОНЕНТЫ

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано
Утверждаю
___________________
Руководитель ООП
по специальности 210601
декан ЭФ проф. В.А. Шпенст
_______________________
Зав.кафедрой ЭС
проф. В.А. Шпенст
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«РАДИОМАТЕРИАЛЫ И РАДИОКОМПОНЕНТЫ»
Специальность:
210601–радиоэлектронные
системы и комплексы
Специализация: Радиолокационные системы и комплексы
Квалификация выпускника: специалист
Форма обучения: очная
Составитель: доцент каф. ЭС О.В.Денисова
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
РАДИОМАТЕРИАЛЫ И РАДИОКОМПОНЕНТЫ
1. Цели и задачи дисциплины
Целью изучения дисциплины является подготовка студентов к решению задач,
связанных с поиском наиболее рациональных конструкторско-технологических
решений при разработке и усовершенствовании радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).
Задачи изучения дисциплины – это усвоение основных закономерностей, связывающих
электрофизические свойства радиоматериалов с параметрами радиокомпонентов,
создаваемых на их основе. В результате изучения дисциплины студент должен
овладеть основами знаний по дисциплине, формируемыми на нескольких уровнях:
Иметь представление:
о существующих типах радиоматериалов и радиокомпонентов;
о физических процессах, определяющих функциональные свойства радиоматериалов;
о влиянии свойств радиоматериалов на эксплуатационные характеристики
радиокомпонентов, изготовленных на их основе.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина относится к базовой части математического и естественно-научного
цикла С.3 основной образовательной программы подготовки специалистов 210601
«Радиоэлектронные системы и комплексы».
Для освоения этой учебной дисциплины требуется предварительная подготовка
в объёме полной средней школы, освоение дисциплин: «Физика», «Математика»,
«Химия».
Дисциплина является предшествующей для освоения отдельных разделов
учебных дисциплин «Электроника», «Микроэлектроника», «Цифровые устройства и
микропроцессоры», «Интегральные устройства радиоэлектроники», а также для
выполнения выпускной квалификационной работы.
3. Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
компетенций:
общекультурных компетенций(ОК):
способностью к восприятию, анализу, обобщению информации, постановке
цели и выбору путей её достижения (ОК-1);
способностью логически верно, аргументировано и ясно строить устную и
письменную речь (ОК-2);
профессиональных, в том числе
общепрофессиональных:
способностью выявить естественно-научную сущность проблем, возникающих в
ходе профессиональной деятельности, привлечь для их решения соответствующий
физико-математический аппарат (ПК-2);
готовностью учитывать современные тенденции развития электроники,
измерительной и вычислительной техники, информационных технологий в своей
профессиональной деятельности (ПК-3);
способностью владеть методами решения задач анализа и расчета
характеристик радиотехнических цепей (ПК-4);
способностью владеть основными приемами обработки и представления
экспериментальных данных (ПК-5);
- способностью собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать
научно-техническую информацию по тематике исследования, использовать
достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии (ПК-6);
2
в научно-исследовательской деятельности:
способностью изучать и использовать специальную литературу и другую
научно-техническую информацию, отражающую достижения отечественной и
зарубежной науки и техники в области радиотехники (ПК-15);
способностью решать задачи оптимизации существующих и новых технических
решений (ПК-16);
способностью к реализации программ экспериментальных исследований,
включая выбор технических средств и обработку результатов (ПК-17).
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
основные качественные и количественные характеристики радиоматериалов
различных классов, обеспечивающие возможность их практического применения;
основные типы радиокомпонентов, их назначение, конструкции, основы
технологии изготовления, эксплуатационные характеристики.
Уметь:
- применять полученные знания о свойствах радиоматериалов при решении
задач проектирования и технологии изделий электронной техники:
- выбирать оптимальные электронные компоненты при проектировании систем;
-определять необходимые средства обеспечения надежности электронных
систем с учетом физических особенностей входящих в систему электронных
компонентов;
-учитывать физическую структуру электронных компонентов при разработке
технологии производства электронных средств.
Владеть:
- современными представлениями о физических процессах, определяющих основные
свойства радиоматериалов;
навыками
экспериментального
изучения
свойств
радиоматериалов
и
эксплуатационных параметров радиокомпонентов;
- методами расчета основных характеристик электронных компонентов в составе
радиоэлектронных систем.
4. Объём дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоёмкость учебной дисциплины составляет 5 зачётных единиц.
Всего
108
Семестры
4
108
Аудиторные занятия: в том числе
Лекции
Практические занятия (ПЗ), в том числе в
интерактивной форме:
Лабораторные работы
Самостоятельная работа: в том числе
Контрольные работы
Курсовой проект
Другие виды самостоятельной работы
Подготовка к лекциям, практическим,
лабораторным работам
Работа с литературой
Вид промежуточной аттестации (зачёт,
экзамен)
Общая трудоёмкость
час.
45
15
15
45
15
15
15
63
-
15
63
-
23
23
40
зачет
40
зачет
108
108
Вид учебной работы
Всего часов
3
зач. ед.
3 зач. ед.
3 зач. ед.
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
Наименование раздела
п/п
дисциплины
1
2
1 Радиоматериалы
Содержание раздела
3
1.1. Классификация радиоматериалов.
Основные отличительные свойства полупроводников,
проводников и диэлектриков. Электронное строение
твердых тел. Основы зонной теории.
1.2. Полупроводниковые материалы.
Качественные
особенности
полупроводникового
состояния.
Классификация
полупроводниковых
материалов по составу и структуре. Кристаллические и
некристаллические, неорганические и органические
полупроводники.
Зонная структура полупроводников. Собственные и
примесные полупроводники.
Электрофизические свойства, характеристики и
области применения полупроводниковых материалов в
РЭС.
Электропроводность
полупроводниковых
материалов. Электронная и дырочная проводимость
полупроводников.
Генерация
и
рекомбинация
носителей заряда. Зависимость концентрации и
подвижности носителей заряда в полупроводниках от
температуры. Температурная зависимость проводимости полупроводников.
Диффузия носителей заряда в полупроводниках.
Диффузионный ток. Неравновесные электронные
процессы в полупроводниках. Оптические и
фотоэлектрические
свойства
полупроводников.
Инжекционные
явления
в
полупроводниках.
Поверхностные электронные состояния и их влияние
на свойства полупроводниковых материалов.
1.3. Проводниковые материалы.
Качественные особенности металлического состояния.
Металлическая химическая связь. Зонная структура
металлов.
Классификация проводниковых материалов по
структурно-химическим особенностям и уровню
проводимости. Металлические сплавы. Неметаллические проводниковые материалы.
Электрофизические свойства, характеристики и
области применения проводниковых материалов в
РЭС. Температурная зависимость проводимости
металлов и сплавов. Температурный коэффициент
сопротивления проводниковых материалов. Влияние
примесей
и
другихдефектов
структуры
на
проводимость металлов.
Явление сверхпроводимости. Низко- и высокотем4
№
п/п
Наименование раздела
дисциплины
Радиокомпоненты
2
Содержание раздела
пературная сверхпроводимость. Перспективы применения сверхпроводящих материалов в радиоэлектронике.
1.4. Диэлектрические материалы.
Классификация
диэлектрических
материалов.
Диэлектрики
органические
и
неорганические,
полярные и неполярные.
Поляризация диэлектриков и
диэлектрическая
проницаемость.
Механизмы
поляризации
диэлектриков.
Спонтанная
(самопроизвольная)
поляризация. Сегнето- и параэлектрики. Зависимость
диэлектрической проницаемости от температуры и
частоты переменного электрического поля.
Электрофизические свойства, характеристики и
области применения диэлектрических материалов в
РЭС. Электропроводность диэлектриков. Токи утечки.
Диэлектрические потери. Явления электронного и
ионного переноса в диэлектриках. Старение и пробой
диэлектриков. Механизмы пробоя. Электрическая
прочность диэлектриков.
Электроизоляционные материалы и их применение в
электронной технике.
1.5. Радиоматериалы с магнитными свойствами.
Классификация материалов по магнитным свойствам.
Ферро- и ферримагнетики. Механизмы, отвечающие за
магнитные свойства.
Магнитомягкие
и
магнитотвердые
материалы.
Элементы памяти с использованием магнитных
свойств материалов.
Ферриты и их применение в технике сверхвысоких
частот.
1.6. Основные конструкционные материалы.
Виды конструкционных материалов.
Электрофизические
свойства
основных
конструкционных материалов РЭС.
2.1.Линейные
и
нелинейные
пассивные
радиокомпоненты.
Основные параметры. Вольт-амперные характеристики
линейного и нелинейного
элемента при подаче
постоянного и переменного напряжения.
2.2. Электрические конденсаторы.
Основные параметры конденсаторов. Классификация
конденсаторов по типу рабочего диэлектрика.
Конденсаторы с неорганическим, оксидным и
органическим
диэлектриком.
Высокочастотные,
низкочастотные и полупро-водниковые керамические
конденсаторы. Воздушные конденсаторы постоянной и
переменной емкости.
Конструктивно-технологические особенности современных конденсаторов. Монолитные керамические
5
№
п/п
Наименование раздела
дисциплины
Содержание раздела
конденсаторы. Оксидно-электролитические и оксиднополупроводниковые
конденсаторы.
Безвыводные
конструкции конденсаторов. Пленочные конденсаторы
как элементы гибридных интегральных схем.
Принципы
обозначения
(маркировки)
отечественных и зарубежных конденсаторов.
2.3. Резисторы.
Общие
сведения.
Типономиналы,
основные
характеристики
и
варианты
классификации
резисторов. Постоянные резисторы; переменные
резисторы
(потенциометры).
Проволочные
и
непроволочные резисторы. Тонкослойные резисторы
на основе пленок проводниковых и полупроводниковых
материалов
(металлопленочные
и
металлоокисные резисторы) как элементы гибридных
интегральных схем. Композиционные резисторы.
Керметные резисторы. Полупроводниковые резисторы
функционального назначения: варисторы, терморезисторы, позисторы, критические терморезисторы,
фоторезисторы. Принципы обозначения (маркировки)
отечественных и зарубежных резисторов.
2.4. Микросборки.
Микросборки.
Тонкопленочные
микросборки.
Толстопленочные
микросборки.
Материалы
и
технология.
2.5. Катушки индуктивности, трансформаторы,
дроссели.
Основные свойства катушек индуктивности. Общая
классификация. Катушки индуктивности с магнитным
сердечником.
Виды
магнитных
сердечников.
Индуктивная связь между катушками. Дроссели
высокой частоты. Типономиналы и основные
эксплуатационные характеристики.
Трансформаторы.Применение трансформаторов в РЭА
и требования к ним. Принцип действия и схемы
замещения.
Основные расчетные соотношения и параметры
трансформаторов питания. Особенности конструкций
и анализ характеристик трансформаторов питания.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№ Наименование
п/п обеспечиваемой
(последующей) дисциплины
1.
2.
3.
Электроника
Микроэлектроника
Интегральные
устройства
Номера разделов данной дисциплины,
необходимых для изучения обеспечиваемой
(последующей) дисциплины
1
2
+
+
+
+
+
+
6
радиоэлектроники
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
п/п
1
2
Наименование
дисциплины
раздела
Радиоматериалы
Радиокомпоненты
Лекц.
10
5
Практ. Лабор.
зан.
работы
10
5
СРС*
Всего
час.
20
43
50
58
10
5
6. Лабораторный практикум
№
п/п
№ раздела
дисциплины
Наименование лабораторных работ
1
2
3
1
1
1
4
5
6
1
1
2
7
2
8
2
№ 1.Электрические свойства проводниковых материалов
№ 2. Электрические свойства диэлектриков
№3.Исследование
электрических
свойств
сегнетоэлектриков
№ 4. Исследование свойств ферромагнитных материалов
№ 5.Исследование магнитных свойств ферритов
№6. Электрические свойства конденсаторов с оксидным
диэлектриком
№7.Исследование свойств нелинейных полупроводниковых
сопротивлений (варисторов)
№8.
Исследование
температурной
зависимости
сопротивления различных типов терморезисторов
7. Практические занятия
№
п/п
№ раздела
дисциплины
1
1
2
2
3
1
4
2
Тематика практических занятий (семинаров)
Трудоемкость
(час.)
Электропроводность
полупроводниковых
материалов
Основные характеристики конденсаторов
4
Расчет электрических параметров материалов
печатных плат
Основные
характеристики
и
применение
резисторов
4
4
3
8. Примерная тематика курсовых проектов.
Учебным планом не предусмотрено.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
9.1. Основная литература:
1. Пасынков, В.В. Полупроводниковые приборы: учебник для вузов /В.В. Пасынков,
Л.К. Чиркин. – СПб.: Лань, 2003,2006. – 480 с.
2. Сорокин, B.C. Материалы и элементы электронной техники: учебник для вузов: в 2т./
B.C. Сорокин, Б.Л.Антипов, Н.П. Лазарева.-М.: Академия, 2006.-376 с.
7
3.Пасынков, В.В. Материалы электронной техники: учебник для вузов / В.В.
Пасынков, В.С.Сорокин. - Изд. 5-е, стер. - СПб.: Лань, 2003.-367с.
9.2. Дополнительная литература:
1.. Ханин, С. Д. Радиоматериалы и радиокомпоненты: учеб.пособие / С. Д. Ханин, О. В.
Денисова, А. И. Адер.– СПб.: Изд-во СЗТУ, 2009.
2. Ханин, С.Д. Пассивные радиокомпоненты. Электрические конденсаторы:
учеб.пособие / С. Д. Ханин [и др.]. – СПб.: Изд-во СЗТУ, 2004.
3. Шалимова К.В. Физика полупроводников.. 2010: Лань, СПб., 384 c.
4. http://www.technosphera.ru
9.3. Доступ к полнотекстовым базам данных из сети Интранет СПГГУ:
- БД JSTOR полнотекстовая база англоязычных научных журналов www.jstor.org
- Научная электронная библиотека www.eLibrary.ru (доступ к полным текстам ряда
научных журналов с 2007 по 2011 г. )
9.4. Электронные ресурсы других библиотек:
Национальные отечественныеи зарубежные библиотеки
1.
Российская государственная библиотека http://www.rsl.ru
2.
Российская национальная библиотека http://www.nlr.ru
3.
Всероссийская государственная библиотека иностранной литературы
им. М.И.Рудоминоhttp://www.libfl.ru
4.
Библиотека Академии Наук http://www.rasl.ru
5.
Библиотека РАН по естественным наукам http://www.benran.ru
6.
Государственная публичная научно-техническая библиотека http://www.gpntb.ru
7.
Государственная публичная научно-техническая библиотека Сибирского
отделения РАН http://www.spsl.nsc.ru/
8.
Центральная научная библиотека Дальневосточного отделения РАН
http://lib.febras.ru
9. Центральная научная библиотека Уральского отделения РАН http://www.uran.ru
10. Библиотека Конгресса http://www.loc.gov/index.html
11. Британская национальная библиотека http://www.bl.uk
12. Французская национальная библиотека http://www.bnf.fr
13. Немецкая национальная библиотека http://www.ddb.de
14. Библиотечная сеть учреждений науки и образования
RUSLANethttp://www.ruslan.ru:8001/rus/rcls/resources
15. Центральная городская универсальная библиотека им.
В.Маяковскогоhttp://www.pl.spb.ru
16. Научная библиотека им. М.Горького Санкт-Петербургского Государственного
университета (СПбГУ) http://www.lib.pu.ru
Фундаментальная
библиотека
Санкт-Петербургского
Государственного
Политехнического университета (СПбГПУ) http://www.unilib.neva.ru/rus/lib/
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной
аудитории, снабженной мультимедийными средствами для презентаций лекций,
видеофайлов практических занятий и демонстрационных лабораторных работ.
Проведение лабораторных занятий требует наличия специализированных
учебных стендов по заявленной номенклатуре лабораторных работ, оснащённых
современной контрольно-измерительной аппаратурой.
8
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом
рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки специалиста 210601«Радиотехнические системы и комплексы».
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Изучение дисциплины производится в тематической последовательности.
Студенты очной формы обучения работают в соответствии с временным режимом,
установленным учебным рабочим планом для данных форм обучения. Информация о
временном графике работ сообщается преподавателем на установочной лекции.
Преподаватель дает указания также по
организации самостоятельной работы
студентов, срокам сдачи контрольных работ, выполнения лабораторных работ и
проведения тестирования.
Дисциплина «Радиоматериалы и радиокомпоненты», как указывалось выше,
является базовой дисциплиной. В связи с этим, приступая к ее изучению, необходимо
восстановить в памяти основные сведения из курса общей физики, математики и
указанных выше специальных дисциплин.
Методика и последовательность изучения дисциплины соответствуют перечню
содержания разделов дисциплины. Материал каждой темы насыщен математическими
соотношениями, физическая интерпретация которых зачастую достаточно сложна,
поэтому изучение материала требует серьезной, вдумчивой работы.
Изучать дисциплину рекомендуется по темам, предварительно ознакомившись с
содержанием каждой из них по программе учебной дисциплины. При первом чтении
следует стремиться к получению общего представления об изучаемых вопросах, а
также отметить трудные и неясные моменты. При повторном изучении темы
необходимо освоить все теоретические положения, математические зависимости и
выводы. Рекомендуется вникать в сущность того или иного вопроса, но не пытаться
запомнить отдельные факты и явления. Изучение любого вопроса на уровне сущности,
а не на уровне отдельных явлений, способствует наиболее глубокому и прочному
усвоению материала. Для более эффективного запоминания и усвоения изучаемого
материала, полезно иметь рабочую тетрадь (можно использовать лекционный
конспект) и заносить в нее формулировки законов и основных понятий, новые
незнакомые термины и названия, формулы, уравнения, математические зависимости и
их выводы. Целесообразно систематизировать изучаемый материал, проводить
обобщения разнообразных фактов, сводить их в таблицы. Подобная методика облегчает
запоминание и уменьшает объем конспектируемого материала. До тех пор пока тот или
иной раздел не усвоен, переходить к изучению новых разделов не следует. Краткий
конспект курса будет полезен при повторении материала в период подготовки к
экзамену.
Разработал:
доцент кафедры электронных систем
О.В.Денисова
9