УТВЕРЖДАЮ Директор ФТИ ______О.Ю. Долматов «___

УТВЕРЖДАЮ
Директор ФТИ
___________О.Ю. Долматов
«___»_____________2014 г.
БАЗОВАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ В ФИЗИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ
СПЕЦИАЛЬНОСТИ ООП
физических установок
14.05.04
–
Электроника
и
автоматика
СПЕЦИАЛИЗАЦИИ Системы автоматизации физических установок и
их элементы
Системы автоматизации технологических
процессов ядерного топливного цикла
Квалификация (степень)
Базовый учебный план приема
Курс 3 семестр
5
.
Количество кредитов 6
.
Код дисциплины С1. БМ4.11.
Виды учебной деятельности
инженер-физик
2014 г.
Временной ресурс по очной форме обучения
Лекции, ч
32
Практические занятия, ч
16
Лабораторные занятия, ч
32
Аудиторные занятия, ч
80
Самостоятельная работа, ч
136
ИТОГО, ч
216
Вид промежуточной аттестации экзамен, курсовой проект .
Обеспечивающее подразделение кафедра Электроники и автоматики
физических установок
Заведующий
кафедрой ЭАФУ
Руководитель ООП
14.05.04
профессор каф. ЭАФУ ФТИ,
д.т.н. Ливенцов С.Н.
профессор каф. ЭАФУ ФТИ,
д.т.н. Ливенцов С.Н.
Ассистент каф. ЭАФУ ФТИ
Ефремов Е.В.
Преподаватель
2014 г.
1. Цели освоения модуля (дисциплины)
Цели освоения дисциплины: формирование у обучающихся знаний по
основным принципам и законам преобразования и распространения
электрических сигналов в физических установках, а также формирование
умений и навыков проектирования и расчета устройств преобразования
электрических сигналов.
В результате освоения данной дисциплины специалист приобретает
знания, умения и навыки, обеспечивающие достижение целей Ц3, Ц4
основной образовательной программы «Электроника и автоматика
физических установок»:
Ц3
Подготовка выпускника к производственно-технологической
деятельности, обеспечивающей эксплуатацию существующих и внедрение
новых наукоемких разработок в области автоматизации технологических
процессов предприятий ЯТЦ.
Ц4
Подготовка выпускника к поиску и получению новой
информации, необходимой для решения инженерных и научных задач в
области интеграции знаний применительно к своей области деятельности, к
осознанию ответственности за принятие своих профессиональных решений.
2. Место модуля (дисциплины) в структуре ООП
Дисциплина «Преобразование сигналов в физических установках»
относится к вариативным дисциплинам (С1.В10) основной образовательной
программы по специальности 14.05.04 «Электроника и автоматика
физических установок».
Дисциплине «Преобразование сигналов в физических установках»
предшествует освоение дисциплин (ПРЕРЕКВИЗИТЫ):
 математика (С1.Б8);
 физика (С1.Б11);
 электротехника 1.3 (С1.Б16);
 электроника 1.3 (С1.Б17).
Содержание разделов дисциплины «Преобразование сигналов в
физических установках» согласовано с содержанием дисциплин, изучаемых
параллельно (КОРЕКВИЗИТЫ):
 электротехническое материаловедение (С1.В9).
3. Результаты освоения дисциплины (модуля)
В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины направлено
на формирование у студентов следующих компетенций (результатов
обучения), в т. ч. в соответствии с ФГОС:
Таблица 1
Составляющие результатов обучения, которые будут получены при
изучении данной дисциплины
Результаты
обучения
(компетенц
Код
ии из
ФГОС)
Составляющие результатов обучения
Знания
Код
основные законы
механики,
термодинамики и
молекулярной
физики, законы
электричества и
магнетизм, основы
теории колебаний
и волн, оптики,
Р6
З.6.8 основы квантовой У.6.8
(ПК-2; 32)
физики и физики
твёрдого тела;
физические
явления и
эффекты,
используемые при
обеспечении
профессиональной
деятельности
системы
автоматизированно
го проектирования;
структуру
процесса
Р7
проектирования;
(ПК-5,9, З.7.6
У.7.6
уровни, аспекты и
33)
этапы
проектирования;
типовые
проектные
процедуры
достоинства и
недостатки
основных
электрических
Р9
элементов АСУ
(ПКЗ.9.8 предназначенных
11;16;19)
для
преобразования
физических
величин и
сигналов
Умения
Код
Владение
опытом
строить
математические
модели
физических
навыками
явлений и
проведения
процессов,
физического
В.6.1
применять
эксперимента и
основные законы
обработки его
общей физики при
результатов
решении
практических
задач
использовать
инструментальные
программные
пакеты для
реализации задач
автоматического
проектирования
осуществлять на
основании анализа
требований и
характеристик
У.9.8 выбор, разработку В.9.8
схем включения и
эксплуатацию
электрических
элементов АСУ
подходами
выбора и
составления схем
включения
основных
электрических
элементов АСУ
на основании
качественного и
количественного
анализа их
характеристик
устройство,
принцип действия,
схемы включения,
приемами
типовые
проектировать
составления схем
Р10
характеристики,
схемы включения
З.10.
У.10.1
В.10.1 включения
(ПКвиды
основных
1
2
2 основных
1;4;28)
математического
электрических
электрических
описания
элементов САУ
элементов САУ
основных
электрических
элементов АСУ
выбирать под
основные задачи и
эксплуатировать
заданные условия
функции систем
устройства
устройства
телемеханики в
телемеханики в
телемеханики в
области
области
области
распределенных
распределенных
распределенных
Р11
автоматизированн
автоматизированн
З.11.
автоматизированн
(ПК-8, 10,
ых систем
У.11.6
В.11.6 ых систем
6
ых систем
14)
контроля и
контроля и
контроля и
мониторинга
мониторинга
мониторинга
опасных
опасных
опасных
производств и
производств и
производств и
окружающей
окружающей
окружающей
среды
среды
среды
принципы
проектирования
цифровых и
разрабатывать
Р12
З.12. аналоговых
функциональные
У.12.5
(ПК-27) 5
современных
схемы
технических
автоматизации
средств
управления
профессиональные
творчески и
задачи и подходы к
критически
их решению в
осмысливать
области теории и
литературную и
практики научно экспериментальну
исследовательской
ю информацию
деятельности в
для решения
соответствии с
научноР15
полученной
исследовательских
З.15.
(ПК-13, 15,
специальностью
У.15.9 задач в сфере
9
22)
профессиональной
деятельности;
самостоятельно
обрабатывать,
интерпретировать
и представлять
результаты
научноисследовательских
работ по
утвержденным
формам
В результате освоения дисциплины «Преобразование сигналов в
физических установках» студентом должны быть достигнуты следующие
результаты:
Таблица 2
№ п/п
РД1
РД2
РД3
Планируемые результаты освоения дисциплины
Результат
Владеть методами, способами и средствами проведения
экспериментальных исследований на действующих физических
установках.
Применять знания теоретических основ электротехники и
электроники для проектирования электронных устройств
преобразования сигналов.
Применять знания теоретических основ электротехники и
электроники для анализа функционирования электронных
устройств преобразования сигналов.
4. Структура и содержание дисциплины
Раздел 1. Преобразование непрерывных сигналов – 16 часов.
Лекции:
1.1. Линейные и нелинейные аналоговые вычислительные схемы
Схемы суммирования, вычитания, усиления, интегрирования,
дифференцирования. Функциональные преобразователи.
1.2. Управляемые источники сигналов
Источники напряжения, управляемые напряжением. Источники
напряжения, управляемые током. Источники тока, управляемые
напряжением. Источники тока, управляемые током.
1.3. Активные фильтры сигналов
Теоретическое описание фильтров нижних, средних и верхних частот и
их реализация. Полосовые фильтры. Заграждающие полосовые фильтры.
Фазовые фильтры.
1.4. Усилители сигналов в физических установках
Зависимость коэффициентов усиления от параметров схемы. Влияние
внутренних емкостей. Дифференциальный усилитель. Симметричный
широкополосный усилитель.
1.5. Усилители мощности в физических установках
Эмиттерный повторитель. Комплементарный эмиттерный повторитель.
Схемы ограничения сигналов. Мощные оконечные каскады. Схемы
предварительного усиления. Повышение нагрузочной способности
интегральных операционных усилителей.
1.6. Источники питания
Управляемые и неуправляемые выпрямители. Последовательная
стабилизация напряжения. Получение опорного напряжения. Импульсные
регуляторы напряжения.
1.7. Аналоговые коммутаторы и компараторы
Электронные коммутаторы. Коммутаторы на базе операционных
усилителей. Аналоговые коммутаторы с памятью. Компараторы. Триггер
Шмитта.
1.8. Генераторы сигналов
LC-генераторы. Кварцевые генераторы. Синусоидальные
RCгенераторы. Генераторы сигналов специальной формы. Мультивибраторы.
Практическое занятие 1 (2 часа)
Проектирование устройств, совершающих математические операции над
сигналами.
Практическое занятие 2 (2 часа)
Проектирование управляемых устройств, являющихся источниками
сигналов.
Практическое занятие 3 (2 часа)
Методы расчета активных фильтров.
Практическое занятие 4 (2 часа)
Расчет усилителей сигналов.
Практическое занятие 5 (2 часа)
Проектирование управляемых и неуправляемых источников питания.
Лабораторная работа 1 (6 часов):
Тема: Исследование устройств преобразования сигналов на базе
операционных усилителей.
Лабораторная работа 2 (6 часов):
Тема: Исследование устройств предварительного и окончательного
усиления на базе биполярных и полевых транзисторов.
Лабораторная работа 3 (4 часа):
Тема: Исследование управляемых и неуправляемых выпрямителей и
стабилизаторов напряжения.
Раздел 2. Преобразование дискретных сигналов – 16 часов.
Лекции:
2.1. Комбинационные логические схемы
Преобразователи
кодов.
Комбинационное
устройство
сдвига.
Компараторы. Сумматоры. Умножители. Цифровые функциональные
преобразователи.
2.2. Интегральные схемы со структурами последовательностного типа
Двоичные счетчики. Регистры сдвига.
2.3. Цифровые фильтры
Основы теории цифровых фильтров. Реализация цифровых фильтров.
2.4. Передача данных и индикация
Соединительные линии. Защита данных. Статические цифровые
индикаторы. Мультиплексные индикаторы.
2.5. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи
Схемотехнические принципы цифро-аналоговых и аналого-цифровых
преобразователей. Точность преобразователей.
2.6. Измерительные схемы
Измерение напряжения и тока. Измерительный выпрямитель
2.7. Электронные регуляторы
Основные положения. Типы регуляторов. Управление линейными и
нелинейными объектами.
Практическое занятие 6 (2 часа)
Проектирование последовательностных и комбинационных устройств
Практическое занятие 7 (4 часа)
Проектирование устройств аналогового управления.
Лабораторная работа 4 (4 часа):
Тема: Исследование последовательностных и комбинационных
устройств. Исследование способов отображения информации.
Лабораторная работа 5 (4 часа):
Тема:
Исследование
аналого-цифровых
и
цифро-аналоговых
преобразователей
Лабораторная работа 6 (8 часов):
Тема: Исследование устройств аналогового регулирования.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной
работы студентов
6.1. Виды и формы самостоятельной работы
Самостоятельная работа студентов включает текущую и творческую
проблемно-ориентированную самостоятельную работу (ТСР).
Текущая самостоятельная работа направлена на углубление и
закрепление знаний студента, развитие практических умений и включает:
●
работа с лекционным материалом, поиск и обзор литературы и
электронных источников информации по индивидуально заданной
проблеме курса;
●
выполнение домашних заданий, домашних контрольных работ;
●
опережающая самостоятельная работа;
●
перевод текстов с иностранных языков;
●
изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку;
●
подготовка к лабораторным работам, и семинарским занятиям;
●
подготовка к контрольной работе и коллоквиуму, к экзамену.
Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
включает:
●
поиск, анализ, структурирование и презентация информации;
●
выполнение расчетно-графических работ.
6.3. Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство
двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателя.
Самоконтроль зависит от определенных качеств личности,
ответственности за результаты своего обучения, заинтересованности в
положительной оценке своего труда, материальных и моральных стимулов,
от того насколько обучаемый мотивирован в достижении наилучших
результатов. Задача преподавателя состоит в том, чтобы создать условия для
выполнения самостоятельной работы (учебно-методическое обеспечение),
правильно использовать различные стимулы для реализации этой работы
(рейтинговая система), повышать её значимость, и грамотно осуществлять
контроль самостоятельной деятельности студента (фонд оценочных средств).
Контроль текущей СРС осуществляется на лабораторных занятиях во
время защиты лабораторной работы, во время лекции в виде краткого опроса.
Контроль за проработкой лекционного материала и самостоятельного
изучения отдельных тем осуществляется во время рубежного контроля
(контрольные работы) и также во время защиты лабораторных работ в том
числе, и во время конференц-недель.
Проведение конференц-недель (две недели в семестре в соответствии с
линейным
графиком
учебного
процесса)
позволяет
повысить
результативность и качество самостоятельной деятельности студентов.
7. Средства текущей и промежуточной оценки качества освоения
дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины производится по результатам
следующих контролирующих мероприятий:
Результаты
Контролирующие мероприятия
обучения по
дисциплине
Выполнение и защита лабораторных работ
РД1, РД3
РД1, РД2,
Экзамен
РД3
РД1, РД2,
Выполнение и защита курсового проекта
РД3
Для оценки качества освоения дисциплины при проведении
контролирующих мероприятий предусмотрены следующие средства (фонд
оценочных средств).
7.1. Вопросы выходного контроля
1. Схемы суммирования, вычитания, усиления, интегрирования,
дифференцирования.
2. Функциональные преобразователи.
3. Источники напряжения, управляемые напряжением.
4. Источники напряжения, управляемые током.
5. Источники тока, управляемые напряжением.
6. Источники тока, управляемые током.
7. Теоретическое описание фильтров нижних, средних и верхних частот
и их реализация.
8. Полосовые фильтры.
9. Заграждающие полосовые фильтры.
10. Фазовые фильтры.
11. Зависимость коэффициентов усиления от параметров схемы.
12. Дифференциальный усилитель.
13. Симметричный широкополосный усилитель.
14. Эмиттерный повторитель.
15. Схемы ограничения сигналов.
16. Схемы предварительного усиления.
17. Повышение нагрузочной способности интегральных операционных
усилителей.
18. Управляемые и неуправляемые выпрямители.
19. Последовательная стабилизация напряжения.
20. Получение опорного напряжения.
21. Импульсные регуляторы напряжения.
22. Коммутаторы на базе операционных усилителей.
23. Аналоговые коммутаторы с памятью.
24. Компараторы.
25. LC-генераторы.
26. Кварцевые генераторы.
27. Синусоидальные RC-генераторы.
28. Генераторы сигналов специальной формы.
29. Мультивибраторы.
30. Преобразователи кодов.
31. Комбинационное устройство сдвига.
32. Компараторы.
33. Сумматоры.
34. Умножители.
35. Цифровые функциональные преобразователи.
36. Интегральные схемы со структурами последовательностного типа.
37. Двоичные счетчики.
38. Регистры сдвига.
39. Реализация цифровых фильтров.
40. Схемотехнические принципы цифро-аналоговых и аналого-цифровых
преобразователей.
41. Измерительный выпрямитель.
42. Типы регуляторов.
8. Рейтинг качества освоения дисциплины (модуля)
Оценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и
промежуточной аттестации обучающихся осуществляется в соответствии с
«Руководящими материалами по текущему контролю успеваемости,
промежуточной
и
итоговой
аттестации
студентов
Томского
политехнического университета», утвержденными приказом ректора № 77/од
от 29.11.2011 г.
В соответствии с «Календарным планом изучения дисциплины»:
 текущая аттестация (оценка качества усвоения теоретического
материала (ответы на вопросы и др.) и результаты практической
деятельности (решение задач, выполнение заданий, решение проблем и
др.) производится в течение семестра (оценивается в баллах
(максимально 60 баллов), к моменту завершения семестра студент
должен набрать не менее 33 баллов);
 промежуточная аттестация (экзамен) производится в конце семестра
(оценивается в баллах (максимально 40 баллов), на экзамене студент
должен набрать не менее 22 баллов).
Итоговый рейтинг по дисциплине определяется суммированием баллов,
полученных в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный
итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная учебная литература
1. Титце У. Полупроводниковая схемотехника: пер. с нем.: в 2 т. /
У. Титце, К. Шенк. – Москва: Додэка-XXI ДМК, 2008.
2. Гусев В.Г. Электроника и микропроцессорная техника: учебник для
вузов / В.Г. Гусев, Ю.М. Гусев. – 6-е изд., стер. – Москва: КноРус, 2013. –
798 с.: ил.
3. Хоровиц П. Искусство схемотехники: пер. с англ. / П. Хоровиц,
У. Хилл. – 7-е изд.: – Москва: Бином, 2012. – 704 с.: ил.
4. Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых
электронных устройств: учебное пособие / Г.И. Волович. – 3-е изд. – Москва:
Додэка-XXI, 2011. – 528 с.: ил.
5. Калякин А.И. Схемотехника электронных устройств автоматизации /
А.И. Калякин. – Москва: Испо-Сервис, 2000. – 248 с.
Дополнительная учебная литература
6. Мышляева И.М. Цифровая схемотехника: учебник / И.М. Мышляева.
– Москва: Академия, 2005. – 400 с.: ил.
7. Наумкина Л.Г. Цифровая схемотехника: конспект лекций по
дисциплине «Схемотехника»: учебное пособие для вузов / Л.Г. Наумкина. –
М.: Горная книга Изд-во МГГУ, 2008. – 308 с.: ил.
Используемое программное обеспечение:
1. Программа – MathCAD.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Указывается материально-техническое обеспечение
технические средства, лабораторное оборудование и др.
дисциплины:
№
п/п
Наименование (компьютерные классы, учебные
лаборатории, оборудование)
Корпус, ауд.,
количество
установок
1
Лабораторные работы выполняются на 12 рабочих
местах, оснащенных одно- и двухканальными
паяльными
станциями,
настольными
вентиляционными устройствами, 4-канальными
осциллографами LeCroy, одно- и двухканальными
источниками питания, генераторами сигналов,
радиомонтажным и измерительным инструментом,
а также на 12 компьютеризированных рабочих
местах,
оснащенных
микропроцессорными
стендами и мультиизмерительным оборудованием
(мультиметр, осциллограф, источник питания,
генератор,
калибратор,
программатор),
сопряженным с компьютерами, инструментальным
программным обеспечением.
Ауд. 19, 16Б уч.
корпус ТПУ
12
Программа одобрена на заседании кафедры «Электроника и автоматика
физических установок» ФТИ.
(протокол № 454 от «21» октября 2014 г.)
Автор:
Ассистент каф. ЭАФУ ФТИ_______________ Е.В. Ефремов
Рецензент(ы) __________________________