elektronik_i_elektrotehnika - Саратовский государственный

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г.Чернышевского
Институт химии
УТВЕРЖДАЮ:
Проректор по учебно-методической работе,
профессор _________________Е.Г. Елина
«___» ______________2013г.
Рабочая программа дисциплины
Электроника и электротехника
Направление подготовки
280700 Техносферная безопасность
Профиль подготовки
Промышленная безопасность технологических процессов и производств
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
Очная
Саратов,
2013 год
1. Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Электроника и электротехника»
являются:
1. Изучение теории электрических цепей и устройств, принципов работы
электротехнического оборудования, а также
основ электроники и
электрических измерений.
2. Освоение методов анализа и расчета сложных электрических цепей,
различных электротехнических и электронных устройств.
3. Получение знаний об электромагнитных процессах, протекающих в
радиоэлектронных устройствах, и о системах генерирования и передачи
электрической энергии.
Освоение дисциплины «Электроника и электротехника» необходимо
для грамотного использования электронных приборов при проверке
технического состояния оборудования, оценки техногенных рисков,
связанных с эксплуатацией электротехнических устройств, а также для
грамотного использования современных технических средств технологии
защиты человека и природной среды от опасностей техногенного и
природного характера.
2.Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина «Электроника и электротехника» относится к базовой
части
профессионального
цикла.
Дисциплина
«Электроника
и
электротехника» является одной из дисциплин в системе подготовки
специалистов по обеспечению промышленной, производственной,
экологической безопасности и ликвидации последствий техногенных аварий
и стихийных бедствий. Теоретический курс сопровождается выполнением
лабораторных работ электротехнического практикума.
Для освоения дисциплины необходимы знания по линейной алгебре,
дифференциальному
и
интегральному
исчислению,
решению
дифференциальных уравнений, а также по основным физическим явлениям
и законам в области электричества и магнетизма. Знания, полученные в
результате изучения дисциплины «Электроника и электротехника» будут
полезны в дальнейшем при изучении таких дисциплин, как «Инженерная
защита окружающей среды», «Надзор и контроль в сфере безопасности»,
«Технология химических процессов и производств» и других.
3. Компетенции
освоения дисциплины.
обучающегося,
формируемые
в
результате
В результате освоения дисциплины «Электроника и электротехника» у
обучающегося формируются:
а) общекультурные компетенции:
способность использовать законы и методы математики, естественных,
гуманитарных и экономических наук при решении профессиональных задач
(ОК-11).
б) профессиональные компетенции:
способностью ориентироваться в перспективах развития техники и
технологии защиты человека и природной среды от опасностей техногенного
и природного характера (ПК-1).
В результате освоения данной дисциплины обучающийся должен:
Знать:
1.
Законы и элементы электрических цепей.
2.
Символический метод анализа линейных электрических цепей
гармонического тока.
3.
Методы расчета линейных электрических цепей постоянного и
переменного тока в установившемся и переходном процессе.
4.
Принцип работы и основные характеристики электротехнических
устройств и электрических машин.
5.
Системы генерирования и передачи электрической энергии.
6.
Физические основы действия полупроводниковых приборов и
электронных устройств.
7.
Методы электрических измерений.
Уметь:
1.
Составлять уравнение состояния сложных электрических цепей в
символической форме.
2.
Проводить расчеты расчета гармонических токов и напряжений в
линейных электрических цепях.
3.
Применять теорию цепей при расчёте и эксплуатации
разнообразных радиоэлектронных устройств и узлов.
4.
Выбирать необходимые электрические устройства и машины
применительно к конкретной задаче.
Владеть:
1.
Методами анализа электрических цепей переменного тока;
2.
Методиками и алгоритмами расчета электрических цепей;
3.
Методами проведения электрических измерений и обработки
результатов измерений.
4. Структура и содержание дисциплины
3.
4.
5.
6.
7.
сам.
раб.
Введение
Основные понятия и законы
теории электрических цепей
Расчет линейных электрических цепей при установившемся воздействии
Переходные процессы в
электрических цепях
Нелинейные электрические
цепи
Электрические измерения
Прикладные аспекты
электротехники
Итого:
Формы
текущего
контроля
успеваемости
(по неделям
семестра)
Формы
промежуточной
аттестации (по
семестрам)
лабор.
занят.
1.
2.
Виды учебной
работы, включая
самостоятельную
работу студентов
и трудоемкость (в
часах)
лекции
Раздел дисциплины
Неделя семестра
№
п/п
Семестр
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы или
108 часов.
1
2-6
2
10
2
10
2
10
Устный опрос
Устный опрос
7-10
8
8
8
Устный опрос
11
2
2
2
Устный опрос
12-13
4
4
4
Устный опрос
14-15
16-18
4
6
4
6
4
6
Устный опрос
Устный опрос
36
36
36
Зачет
Содержание учебной дисциплины
Раздел 1. Введение.
Роль знаний по электронике и электротехнике в системе подготовке
специалиста по обеспечению техносферной безопасности. Понятие
электроники. Понятие электротехники.
Основы техники безопасности при работе с электрическими
приборами. Типичные опасности при работе с электрическими приборами и
меры предосторожности по предотвращению несчастных случаев.
Физические явления в электрических цепях. Научные абстракции в
теории цепей и границы их применимости. Линейные и нелинейные цепи.
Раздел 2. Основные понятия и законы теории электрических цепей.
Понятия электрической цепи, тока, напряжения, ЭДС. Условные
положительные направления тока и напряжения.
Модельное представление электрической цепи. Схема электрической
цепи. Основные структурные элементы схемы электрической цепи: ветвь,
узел, контур. Граф цепи.
Основные
элементы
электрических
цепей.
Сопротивление,
индуктивность, ёмкость. Источники ЭДС и источники тока.
Постоянный и переменный электрические токи. Схемы и законы
электрических цепей. Законы Кирхгофа и Ома. Пример расчета сложной
цепи.
Гармонические токи
и напряжения. Действующее, среднее,
мгновенное значение тока. Изображение ЭДС, токов и напряжений
вращающимися векторами. Векторные диаграммы. Символический метод
анализа. Законы Кирхгофа и Ома в комплексной форме. Связь комплексных
и векторных изображений. Установившийся ток в последовательном и
параллельном контурах. Реактивное, полное сопротивления. Активная,
реактивная и полная мощности.
Раздел 3. Расчет линейных электрических цепей при
установившемся воздействии.
Расчет цепи при последовательном, параллельном и смешанном
соединении элементов. Метод контурных токов. Метод узловых напряжений.
Четырёхполюсные цепи. Уравнения четырехполюсника, его параметры.
Эквивалентные Т и П схемы четырёхполюсника. Холостой ход и короткое
замыкание четырёхполюсника. Передаточные функции.
Передаточные
функции цепных согласованных схем.
Раздел 4. Переходные процессы в электрических цепях.
Законы коммутации и начальные условия. Классический метод расчета
переходных процессов. Переходные процессы в RL, RC и RLC цепях.
Постоянные времени.
Раздел 5. Нелинейные электрические цепи.
Полупроводниковые приборы. Нелинейные цепи и элементы.
Параметры и характеристики нелинейных цепей и элементов.
Полупроводниковый диоды. Их параметры и характеристики. Выпрямление
переменных токов. Выпрямители с емкостно-резистивной нагрузкой.
Стабилитроны и варикапы. Стабилизация напряжения с помощью
стабилитрона. Полупроводниковые триоды. Биполярные транзисторы. Их
параметры и характеристики. Способы включения транзистора в цепь.
Усилители электрических сигналов. Классификация усилителей.
Основные параметры и характеристики. Режимы работы усилителей.
Усилительный каскад на биполярном транзисторе. Физические факторы
ограничения частотной характеристики.
Раздел 6. Электрические измерения.
Электронные измерительные приборы как технические средства
контроля за соблюдением требований безопасности на предприятиях.
Электрические измерения. Погрешности измерения и классы приборов.
Системы измерительных приборов. Электронные и цифровые измерительные
приборы. Измерения токов и напряжений. Мостовые методы измерений.
Электронный осциллограф. Измерение неэлектрических величин.
Раздел 7. Прикладные аспекты электротехники.
Электротехнические установки как объекты техногенного риска.
Трехфазные электрические цепи синусоидального тока. Соединения
звездой и треугольником. Симметричные и несимметричные нагрузки..
Аварийные режимы при симметричной и несимметричной нагрузках.
Трансформатор. Линейный трансформатор. Рассеяние магнитной
энергии. Идеальный и совершенный трансформаторы. Входное
сопротивление трансформатора. Трансформатор с ферросердечником.
Вихревые токи.
Электрооборудование. Электрогенераторы и электродвигатели.
Машины постоянного тока. Генераторы постоянного тока. Двигатели
постоянного тока. Принципы их работы. Основные характеристики машин.
Вращающееся магнитное поле. Асинхронные двигатели переменного
тока. Их устройства и принципы работы. Синхронные машины переменного
тока. Устройства и принцип действия, возбуждение и реверсирование.
Электрические печи. Устройство и виды печей. Применение и обслуживание
электрических печей.
5. Образовательные технологии
Активные формы проведения лекционных занятий (вопросы к
аудитории и обсуждение ответов на них, разбор конкретных задач и
примеров с участием аудитории). Интерактивные формы проведения
лабораторных занятий с элементами кейс-стади (самостоятельная
сборка/перестройка/разборка студентами электрических цепей; визуализация
процессов, происходящих в собранных цепях; наблюдение и анализ
процессов в цепях в различных типовых ситуациях).
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
Контрольные вопросы и задания.
1. Перечислите пассивные и активные элементы электрической цепи.
2. Что такое ветвь, узел, контур?
3. Сформулируйте законы Ома и Кирхгофа.
4. Объясните суть символического метода анализа и границы его
применимости.
5. Что такое комплексное сопротивление, и что определяет его модуль и
аргумент?
6. Как определяется число независимых уравнений при расчете цепей на
основе законов Кирхгофа?
7. На каком законе Кирхгофа основывается метод контурных токов? Что
такое контурный ток? Как связаны контурные токи и токи в ветвях?
8. На каком законе Кирхгофа основывается метод узловых напряжений? Что
такое узловое напряжение? Как связаны узловые напряжения и токи в
ветвях?
9. В чем состоит принцип наложения?
10.Что называется переходным процессом в электрической цепи?
11.В чем состоит классический метод расчета переходных процессов?
12.Сформулируйте законы коммутации. Какие энергетические условия лежат
в их основе?
13.Что такое нелинейные электрические элементы?
14.Изобразите схемы включения биполярного транзистора в цепь.
15.Приведите основные характеристики усилителя.
16.Как обеспечивается нужный режим работы усилителя по постоянному
току?
17.Что такое обратные связи в усилителях? Какие существуют способы
подключения цепей обратной связи к входу и выходу усилительных
устройств?
18.Что такое автогенератор, и каковы условия существования в нем
колебаний?
19.Запишите систему уравнений четырехполюсника.
20.Что такое совершенный и идеальный трансформаторы.
21.Что такое полупроводниковый диод? Каковы его характеристики?
22.Что такое варикап?
23.Изобразите схему двухполупериодного выпрямителя.
24.Нарисуйте схему стабилизатора напряжения на основе стабилитрона.
25. В чем суть мостовых методов измерения параметров элементов?
26. Как измеряются неэлектрических величин?
27.Что такое машины постоянного тока?
28. Как создается вращающееся магнитное поле?
29. В чем принципы работы асинхронных двигателей переменного тока?
30. В чем принцип действия синхронных машин переменного тока?
Виды самостоятельной работы студента:
1.
Работа с литературой, конспектами лекций и описаниями
практических работ.
2.
Подготовка к лабораторным работам, оформление отчетов по
лабораторным работам.
3.
Подготовка к зачету.
Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
При подготовке к практическим занятиям и аттестации по итогам
освоения дисциплины рекомендуется:
а) изучить теоретический материал, используя основную и
дополнительную литературу;
б) ответить на контрольные вопросы.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение
дисциплины
а) основная литература:
1.
Нейман Л.Р., Демирчян К.С. и др. Теоретические основы
электротехники. СПб. «Питер», т. I, II, 2009.
2.
Хохлов А.В. Теоретические основы радиоэлектроники. Саратов,
изд. Саратовского госуниверситета, 2005. 256с.
3.
Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. Изд.5-е,
стереотип. М.: Высшая школа, 2005. 462 с.
б) дополнительная литература:
1.
Бессонов Л.А.Теоретические основы электротехники. М.,
«Высшая школа», 1967, 2003.
2.
Прянишников В.А. Теоретические основы электротехники, Спб, “КОРОНА принт”, 2000, 368 с.
3.
Татур Т.А., Татур В.Е. Установившиеся и переходные процессы в
электрических цепях. М., Высшая школа, 2001, 407с.
4.
Грумбина А.Б. Электрические машины и источники питания
радиоэлектронных устройств, М., Электроатомиздат, 1990 г.
5.
Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических
величин, М., Высшая школа, 1989 г.
6.
Розанов Ю.К. Основы силовой электроники, М., Высшая школа, 1992
г.
7.
Забродин Ю.С. Промышленная электроника, М., Высшая школа,
1982 г.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Учебные лаборатории кафедры радиотехники и электродинамики:
1) лаборатория «Основы радиотехники»;
2) лаборатория «Основы радиоэлетроники».
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по
направлению подготовки 280700 «Техносферная безопасность» и профилю
подготовки «Промышленная безопасность технологических процессов и
производств».
Автор: кандидат физ.-мат. наук, доцент
К.А. Гребенюк
Программа одобрена на заседании кафедры радиотехники
и электродинамики от 22 февраля 2013 года, протокол № .
Подписи:
Зав. кафедрой радиотехники
и электродинамики
доктор физ.-мат. наук, профессор
О.Е. Глухова
Декан физического факультета СГУ,
доктор физ.-мат. наук, профессор
В.М. Аникин
Директор Института химии СГУ,
Доктор хим. наук, профессор
О.В. Федотова