ЕЛЕКТРОНІКА І МІКРОПРОЦЕСОРНА ТЕХНІКА-1. КОМП’ЮТЕРНА ЕЛЕКТРОНІКА - Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)

Реквізити навчальної дисципліни
Рівень вищої освіти Перший (бакалаврський)
Галузь знань 12 Інформаційні технології
Спеціальність 126 Інформаційні системи та технології
Освітня програма Інтегровані інформаційні системи
Статус дисципліни Нормативна
Форма навчання очна(денна)/заочна/дистанційна
Рік підготовки, семестр 2 курс, осінній семестр
Обсяг дисципліни 120 годин (36 годин – Лекції, 18 годин – Лабораторні, 66 годин – СРС)
Семестровий контроль/ контрольні заходи Залік/залікова робота
Розклад занять http://rozklad.kpi.ua
Мова викладання Українська
Інформація про керівника курсу / викладачів

Лектор: к.т.н., Новацький Анатолій Олександрович

novatski.a@gmail.com

моб. +38(067)748-57-16

Лабораторні: ст. викладач, Бердник Юрій Михайлович

berdniky@gmail.com

моб. +38(096) 192-66-71
Розміщення курсу https://campus.kpi.ua

Програма навчальної дисципліни

Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання

Опис дисципліни. При проходженні даної дисципліни, студенти познайомляться з методами розрахунку, моделювання, аналізу та синтезу електронних пристроїв для мікропроцесорних та комп`ютеризованих інформаційних систем На лабораторних заняттях опанують моделювання окремих електронних елементів та пристроїв В курсі передбачений контроль якості отриманих знань у вигляді модульної контрольної роботи.

Предмет навчальної дисципліни: основні аналогові, імпульсні та цифрові електронні елементи та пристрої.

Міждисциплінарні зв’язки. Дисципліна в структурно-логічній схемі програми підготовки фахівців освітного ступеня «бакалавр» має зв’язок з наступними дисциплінами навчального плану, а саме: вища математика; фізика; спецрозділи математики); програмування.

Мета навчальної дисципліни. Метою дисципліни є формування у студентів здатностей:

застосовувати методи розрахунку, моделювання, аналізу та синтезу електронних пристроїв для мікропроцесорних та комп`ютеризованих інформаційних систем.

Основні завдання навчальної дисципліни

Знання:

  • ролі та місця електроніки та мікросхемотехніки в задачах проектування комп`ютеризованих та мікропроцесорних систем;

  • основних типів сучасних аналогових та цифрових електронних елементів та пристроїв, їх роботи, параметрів та характеристик, застосування;

  • методів аналізу та синтезу цифрових електронних пристроїв; методів моделювання електронних пристроїв на ПК;

  • методів розрахунку та дослідження електронних пристроїв на базі обчислювальної техніки та засобах автоматизації досліджень.

Уміння:

  • виконувати розрахунки електронних пристроїв;

  • виконувати налагодження, контроль та обслуговування електронних пристроїв;

  • виконувати моделювання електронних пристроїв;

  • виконувати аналіз та синтез цифрових електронних пристроїв;

  • використовувати сучасні електронні елементи та пристрої при проектуванні комп`ютеризованих та мікропроцесорних систем.

Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою).

Начальна дисципліна «Електроніка та мікропроцесорна техніка – 1. Комп’ютерна електроніка» базується на навчальних дисциплінах: вища математика; спецрозділи математики; програмування; фізика.

Постреквізити: Начальна дисципліна «Електроніка та мікропроцесорна техніка – 1. Комп’ютерна електроніка» необхідна для вивчення навчальних дисциплін: електроніка та мікропроцесорна техніка – 2. Мікропроцесорні системи»; курсова робота з електроніки та мікропроцесорної техніки», системна інженерія; інфраструктура інформаційних технологій; інформаційно-керуючі системи.

Зміст навчальної дисципліни

Очна форма

Лекційні заняття

Розділ 1. Аналогова електроніка

Розділ 2. Імпульсна електроніка

Розділ 3. Цифрова електроніка

Лабораторні заняття

1. Дослідження біполярних та польових транзисторів.

2. Дослідження операційних підсилювачів.

3. Дослідження діодних та транзисторних ключів.

4. Дослідження імпульсних тригерів, аналогових компараторів та схем формування рівнів

5. Дослідження генераторів прямокутних та пилкоподібних імпульсів.

6. Дослідження цифро-аналогових перетворювачів.

7. Дослідження комбінаційних цифрових електронних пристроїв.

8. Дослідження послідовних цифрових електронних пристроїв.

9. Дослідження АЦП.

Заочна форма

Лекційні заняття

Тема 1.2 Електронні підсилювачі

Тема 3.3. Комбінаційні цифрові пристрої

Тема 3.4. Послідовні цифрові електронні пристрої.

Лабораторні заняття

Дослідження операційних підсилювачів.

Дослідження комбінаційних цифрових електронних пристроїв.

Дослідження послідовних цифрових електронних пристроїв.

Навчальні матеріали та ресурси

Базова література

  1. Комп’ютерна електроніка [Електронний ресурс] : підручник для студ.

    спеціальності 126 «Інформаційні системи та технології», спеціалізації «Інтегровані інформаційні системи» / А.О. Новацький ; КПІ ім. Ігоря Сікорського. – Електронні текстові дані (1 файл: 80.9 Мбайт). – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2018. – 468 с.

  2. Комп’ютерна електроніка: Лабораторний практикум [Електронний

    ресурс] : навч. посіб. для студ. освітньої програми «Інтегровані інформаційні системи» спеціальності 126 «Інформаційні системи та технології», / КПІ ім. Ігоря Сікорського; уклад.:

  3. А.О. Новацький. – Електронні текстові дані (1 файл: 13.8 Мбайт). –

    Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2018. – 416 с.

  4. Бойко В. І. Аналогова схемотехніка та імпульсні пристрої /

    В. І. Бойко та ін. – Київ : Вища шк., 2004.

  5. Бойко В. І. Схемотехніка електронних систем. В 2 Кн. Кн. 2. Цифрова

    схемотехніка / В. І. Бойко, А. М. Гуржій, В. Я. Жуйков та ін. – «Вища школа», 2004.

  6. Гніліцький В. В. Є. С. Купкін, А. О. Новацький. Аналогова

    електроніка : навч. посіб. /
    Житомир : ЖДТУ, 2012.

  7. Новацький А. О. Імпульсна та цифрова електроніка : навч. посіб. / А.

    О. Новацький. – Київ : НТУУ «КПІ», 2014.

Допоміжна література

  1. Джонс М. Х. Электроника – практический курс / М. Х. Джонс. – М. :

    Постмаркет, 1999.

  2. Новацький А. О. Комп’ютерна електроніка-3. Мікропроцесорні системи.

    Апаратні засоби мікропроцесорних систем : навч. посіб. / А. О. Новацький. – Київ : НТУУ «КПІ», 2015.

  3. Браммер Ю. А. Импульсная техника / Ю. А. Браммер, И. Н. Пащук. – М.

    : Высш. шк., 1985.

  4. Сенько В. І. Електроніка і мікросхемотехніка / В. І. Сенько,

    М. В. Панасенко, Є. В. Сенько. – Київ :Обереги, 2000. – Т.1.

  5. Лечин В. И. Электроника / В. И. Лечин, Н. С. Савелов. – Ростов н/Д :

    Фомикс, 2000.

  6. Прянишников В. Я. Электроника : курс лекций /

    В. Я. Прянишников. – СПб. : Корона принт, 1998.

  7. Руденко В. С. Промислова електроніка / В. С. Руденко,

    В. Я. Ромашко, В. В. Трифонюк. – Київ : Либідь, 1993.

  8. Скаржепа В. А. Электроника и микросхемотехника /

    В. А. Скаржепа, А. Н. Луценко. – Київ : Вища шк., 1989.

  9. Федорков Б. Г. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры,

    применение / Б. Г. Федорков, В. А. Телец.– М. : Энергоатомиздат, 1990.

  10. Корис Р. Схемотехніка : справочник инженера / Р. Корис,

    Х. Шмидт–Вальтер. – М. : Техносфера, 2008.

  11. Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах

    / В. С. Гутников. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л. : Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1988.

  12. Опадчий Ю. Р. Аналоговая и цифровая электроника /

    Ю. Р. Опадчий, О. П. Глудкин. – М. : «Гарячая линия–Телеком», 1999.

  13. Пухольский Г. И. Цифровые устройства : учеб. пособие для ВТУЗов / Г.

    И. Пухольский, Т. Я. Новосельцева. – СПб. : Политехника, 1996.

  14. Токхейм Р. Основы цифровой электроники : [пер. с англ.] /

    Р. Токхейм. – М. : Мир, 1988.

  15. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехніка / Е. П. Угрюмов. – СПб. : БХВ –

    Санкт-Петербург, 2000.

  16. Виноградов Ю. В. Основы электронной и полупроводниковой техники / Ю.

    В. Виноградов.– М. : Энергия, 1972.

  17. Горбачев Г. Н. Промышленная электроника Учебник для вузов / Г. Н.

    Горбачев, Е. Е. Чаплыгин ; под ред. В. А. Лабунцова. – М. : Энергоатомиздат, 1988.

  18. Гусев В. Г. Электроника / В. Г. Гусев, Ю. М. Гусев. – М. : Высш.

    шк., 1982.

  19. Фолкенбери Л. Применение операционных усилителей и линейных ИС :

    [пер. с англ.] / Л. Фолкенбери. – М. : Мир, 1985.

  20. Хоровиц П. Искусство схемотехники : [пер. с англ.] : в 3 т. /

    П. Хоровиц, У. Хилл. – М. : Мир, 1993.

  21. Жеребцов Н. П. Основы электроники / Н. П. Жеребцов. – Л. :

    Энергоатомиздат, 1985.

  22. Микросхемы АЦП и ЦАП: справочник. – М. : Издательский дом

    «Додэка», 2005.

  23. Димитрова М. И. 33 схемы с логическими элементами И–НЕ : [пер. с

    болг.] / М. И. Димитрова, В. П. Пунджев. – Л. : Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988.

  24. Никамин В. А. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи /

    В. А. Никамин. – Альтекс–А, 2003.

  25. Тарасов И. Е. Разработка цифровых устройств на основе ПЛИС Xilinx с

    пременением языка VHDL / И. Е. Тарасов. – Горячая линия–Телеком, 2005.

  26. Джонсон Д. Справочник по активным фильтрам : [пер. с англ.] / Д.

    Джонсон и др. – М. : Энергоатомиздат, 1983.

  27. Сташин В. В. Проектирование цифровых устройств на однокристальных

    микроконтроллерах / В. В. Сташин и др. – М. : Энергоатомиздат, 1990.

  28. Аналоговая и цифровая электроника ; под ред. О. П. Глудкина. – М. :

    Горячая Линия–Телеком, 1999.

Навчальний контент

Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Очна форма

Лекційні заняття

№ з/п Назва теми лекції та перелік основних питань
(перелік дидактичних засобів, посилання на літературу та завдання на СРС)
1

Тема 1.1. Електронні елементи та фізичні основи їх роботи

Лекція 1. Напівпровідникові діоди

Фізичні основи електронних напівпровідникових пристроїв. Напівпровідникові діоди (НД). Класифікація НД. Діоди, що випрямляють. Система позначень та основні параметри НД. Стабілітрони.

Л. (1)

Завдання на СРС. Основи теорії твердого тіла. Особливості напівпровідників. Час існування носіїв заряду. Електронно-дірковий перехід. Вольт-амперна характеристика p-n – переходу. Температурні та частотні властивості p-n – переходу. Тунельний ефект у p-n – переході. Гетеро - перехід та перехід Шотткі. Високочастотні та імпульсні діоди. Обмежувачі напруги. Тунельні та обернені діоди. Варікапи.
2

Лекція 2. Транзистори, тиристори та оптоелектронні прилади

Біполярні транзистори. Будова та принципи роботи транзистора. Схеми включення біполярних транзисторів: із загальною базою (ЗБ) та із загальним емітером (ЗЕ). Електричні параметри біполярного транзистора. Польові транзистори. Тиристори. Будова та принцип роботи. Симетричні тиристори (симістори).Елементи оптоелектроніки. Джерела оптичного випромінювання. Світлодіоди (СД). Приймачі оптичного випромінювання. Фоторезистори. Фотодіоди. Фототранзистори. Фототиристори. Оптрони: призначення та класифікація. Мікроелектроніка. Основні поняття.

Л. (1)

Завдання для СРС. Класифікація та система позначень. Дрейфові транзистори. Шуми транзистора. Складений транзистор. Одноперехідні транзистори.
3

Тема 1.2 Електронні підсилювачі

Лекція 3. Підсилювачі змінного та постійного струму

Класифікація та основні характеристики електронних підсилювачів. Коефіцієнт підсилення; точність відтворення форми сигналу, який підсилюється; динамічний діапазон, лінійні спотворення; коефіцієнт корисної дії (ККД) підсилювача.

Підсилювачі змінного струму. Основні режими роботи підсилювачів: A, B, AB, C, D. Схеми забезпечення режимів роботи елемента, що підсилює. Термостабілізація робочої точки. Схема з емітерною стабілізацією (від’ємний зворотний зв’язок(ВЗЗ)) за постійним струмом. Види зворотних зв’язків (ЗЗ) у підсилювачах та способи їх організації: ЗЗ за напругою, струмом та комбінований. Послідовний, паралельний та змішаний ЗЗ. Однокаскадний підсилювач на біполярному транзисторі (схема із спільним емітером). Емітерний повторювач. Підсилювач на польовому транзисторі. Підсилювачі постійного струму (ППС). Диференціальний ППС.

Л. (1)

Завдання для СРС. Схеми з фіксованим струмом бази, з фіксованою напругою бази, з емітерно-колекторною стабілізацією (від”ємний зворотний зв”язок(ВЗЗ) за постійним струмом та напругою). Термокомпенсація. Схеми забезпечення режиму роботи підсилювача на польовому транзисторі. Фазоінверсний підсилювач. Підсилювач з автоматичним регулюванням підсилення (АРП). Паралельно балансний ППС. ППС з перетворенням постійного струму у змінний.
4

Лекція 4. Операційні підсилювачі (ОП), підсилювачі потужності (ПП), електричні фільтри

Операційні підсилювачі. Загальна характеристика ОП. ОП з входом, який інвертує, який неінвертує та з диференціальним входом. ОП який підсумовує, диференціює, інтегрує, масштабує. Підсилювачі потужності. Загальна характеристика підсилювача потужності. Електричні фільтри. Загальна характеристика електричних фільтрів. Активні фільтри.

Л. (1)

Завдання для СРС. Операційний підсилювач, який логарифмує та антилогарифмує. Двотактний трансформаторний ПП. Безтрансформаторний ПП. Двополуперіодний випрямляч з фільтром.
5

Тема 1.3. Генератори гармонійних синусоїдальних коливань

Лекція 5. Генератори синусоїдальних коливань та джерела живлення електричних схем

Генератори синусоїдальних коливань. Загальна характеристика ГСК. Типові схеми ГСК. Вторинні джерела електроспоживання. Загальна характеристика. Типові схеми випрямлювачів: однополуперіодний, двополуперіодний, мостовий.

Л. (1)

Завдання для СРС. Двополуперіодний випрямляч з фільтром. Випрямляч з множенням напруги. Параметричні та компенсаційні стабілізатори постійної напруги.
6

Тема 2.1. Формувачі імпульсів

Лекція 6. Формувачі імпульсів

Призначення та особливості застосування імпульсних електронних пристроїв. . Диференцюючі кола. Інтегруючі кола. Пристрої формування рівнів. Аналогові, імпульсні та цифрові сигнали. Види та основні параметри імпульсних сигналів та пристроїв. Активні диференцюючі та інтегруючі кола на інтегральних мікросхемах операційних підсилювачів (IMC OП). Схеми, аналіз, розрахунок, параметри, застосування.

Л. (1)

Завдання для СРС. Схеми, аналіз, основні параметри, часові діаграми роботи, розрахунок, особливості застосування пасивних диференцюючих та інтегруючих кіл.
7

Тема 2.2. Електронні ключі

Лекція 7. Електронні ключі

Діодні ключі. Тиристорні ключі. Транзисторні ключі. Обмежувачі напруги. Схеми, аналіз, основні параметри. Обмежувачі напруги та характеристики. Часові діаграми роботи, розрахунок, застосування діодних та тиристорних ключів.

Л. (1)

Завдання для СРС. Схеми, передавальні характеристики, часові діаграми роботи, розрахунок, основні параметри, застосування односторонніх: знизу, зверху, та двосторонніх амплітудних обмежувачів на діодах. Розрахунок транзисторного ключа із прискорюючим конденсатором. ТК із від’ємним зворотним зв’язком. Транзистор Шотткі.
8

Тема 2.3. Імпульсні тригери

Тема 2.4. Аналогові компаратори

Лекція 8. Імпульсні тригери

Симетричні та несиметричні тригери. Аналогові компаратори та схеми формування рівнів. Визначення, схеми, аналіз, часові діаграми роботи, основні параметри, способи запуска (переключення), розрахунок, застосування симетричних та несиметричних тригерів (тригерів Шмітта).

Визначення, схеми, аналіз, часові діаграми роботи, розрахунок, основні параметри, застосування аналогових компараторів.

Л. (1)

Завдання для СРС. Призначення, схемна реалізація та часові діаграми роботи схем регенеративного компаратора.
9

Тема 2.5 Генератори імпульсів

Лекція 9. Генератори імпульсів

Генератори прямокутних та пилкоподібних імпульсів. Призначення, види, схеми, часові діаграми роботи, розрахунок, основні параметри, застосування генераторів прямокутних та пилкоподібних імпульсів.

Л. (1)

Завдання для СРС. Розрахунок мультивібратора (автоколивального та такого, що чекає). Розрахунок автоколивального генератора пилкоподібних імпульсів.
10

Тема 3.1 Математичний апарат цифрової електроніки

Лекція 10. Математичний апарат цифрової електроніки

Основні поняття та задачі цифрової електроніки. Дискретизація аналогових сигналів. Застосування алгебри логіки (Булевої алгебри)(БА) при аналізі і синтезі цифрових електронних пристроїв (ЦЕП). Мінімізація логічних функцій. Основні поняття КЕ. Дискретизація (квантування) аналогових сигналів. Основні види цифрових електронних пристроїв. Застосування БА для аналізу та синтезу ЦЕП. Мінімізація перемикальних функцій.

Л. (1)

Завдання для СРС. Визначення та способи представлення перемикальних функцій (ПФ). Основні тотожності, закони та теореми БА. Диз’юнктивна та кон’юнктивна форми представлення ПФ. Приклади мінімізації із використанням алгебраїчного та графічного способів.
11

Тема 3.2. Реалізація логічних функцій

Лекція 11. Реалізація логічних функцій

Основні типи логічних елементів. Реалізація логічних функцій у різних базисах.

Л. (1)

Завдання для СРС. Приклади реалізації типових ЛЕ у різних базисах.
12

Лекція 12. Технології виготовлення логічних елементів та параметри і характеристики цифрових інтегральних мікросхем

Технології виготовлення логічних елементів. Параметри і характеристики цифрових інтегральних мікросхем. Генератори тактових імпульсів на логічних елементах.

Л. (1)

Завдання для СРС. Основні технології виготовлення ЛЕ. Основні параметри та характеристики ЦЕП. Програмовані логічні інтегральні схеми.
13

Тема 3.3. Комбінаційні цифрові пристрої

Лекція 13. Комбінаційні цифрові пристрої

Аналіз та синтез КЦП. Шифратори та дешифратори, мультиплексори та демультиплексори, суматори та напівсуматори, пристрої контроля парності, цифрові компаратори. Призначення, схемна реалізація, особливості застосування, практична реалізація. Проектування КЦЕП на мультиплексорах, дешифраторах та постійних запом’ятовуючих пристроях (ПЗП).

Л. (1)

Завдання для СРС. Приклади проектування КЦЕП на мультиплексорах, дешифраторах, ПЗП та ПЛІС.
14

Тема 3.4. Послідовні цифрові електронні пристрої

Лекція 14. Послідовні цифрові електронні пристрої

Визначення послідовних цифрових електронних пристроїв. Тригери. Регістри. Загальна характеристика, схемна реалізація, часові діаграми роботи, застосування, практична реалізація.

Л. (1)

Завдання для СРС. Практична реалізація тригерів та регістрів на сучасних мікросхемах.
15

Лекція 15. Послідовні цифрові електронні пристрої

Лічильники. Подільники частоти. Розподілювачі. Загальна характеристика, схемна реалізація, часові діаграми роботи, застосування, практична реалізація.

Л. (1)

Завдання для СРС. Практична реалізація лічильників, подільників частоти та розподільників на сучасних мікросхемах.
16

Тема 3.5. Цифро–аналогові перетворювачі

Лекція 16. Цифро-аналогові перетворювачі з підсумовуванням струмів

Загальна характеристика цифро–аналогових перетворювачів. . ЦАП на матриці R–2R з підсумовуванням струмів.

Л. (1)

Завдання для СРС. Розрахунок ЦАП на матриці R–2R з підсумовуванням струмів.
17

Лекція 17. Цифро-аналогові перетворювачі з підсумовуванням напруг та ЦАП на конденсаторах

ЦАП на матриці R–2R з підсумовуванням напруг. ЦАП на базі мікросхеми К572 ПА1. ЦАП на базі мікросхеми MAX506. ЦАП на конденсаторах, що переключаються.

Л. (1)

Завдання для СРС. Розрахунок ЦАП на матриці R–2R з підсумовуванням напруг.
18

Тема 3.6. Аналого–цифровi перетворювачi

Лекція 18. Аналого-цифровi перетворювачi

Види АЦП. АЦП послідовного наближення та паралельно – послідовні АЦП. Принцип роботи. Схемна реалізація. Розрахунок. Основні параметри та характеристики. Особливості застосування.

Л. (1)

Завдання для СРС. Паралельно – послідовний АЦП. Структура. Основні параметри та характеристики. Особливості застосування.

Лабораторні заняття

№ з/п Назва лабораторної роботи (комп’ютерного практикуму) Кількість ауд. годин
1 Дослідження біполярних та польових транзисторів. 2
2 Дослідження операційних підсилювачів. 2
3 Дослідження діодних та транзисторних ключів. 2
4 Дослідження імпульсних тригерів, аналогових компараторів та схем формування рівнів. 2
5 Дослідження генераторів прямокутних та пилкоподібних імпульсів. 2
6 Дослідження цифро – аналогових перетворювачів. 2
7 Дослідження КЦЕП. 2
8 Дослідження ПЦЕП. 2
9 Дослідження АЦП. 2

Заочна форма

Лекційні заняття

№ з/п Назва теми лекції та перелік основних питань
(перелік дидактичних засобів, посилання на літературу та завдання на СРС)
1

Тема 1.2 Електронні підсилювачі

Лекція 1. Підсилювачі змінного та постійного струму

Класифікація та основні характеристики електронних підсилювачів. Коефіцієнт підсилення; точність відтворення форми сигналу, який підсилюється; динамічний діапазон, лінійні спотворення; коефіцієнт корисної дії (ККД) підсилювача.

Підсилювачі змінного струму. Основні режими роботи підсилювачів: A, B, AB, C, D. Схеми забезпечення режимів роботи елемента, що підсилює. Термостабілізація робочої точки. Схема з емітерною стабілізацією (від’ємний зворотний зв’язок(ВЗЗ)) за постійним струмом. Види зворотних зв’язків (ЗЗ) у підсилювачах та способи їх організації: ЗЗ за напругою, струмом та комбінований. Послідовний, паралельний та змішаний ЗЗ. Однокаскадний підсилювач на біполярному транзисторі (схема із спільним емітером). Емітерний повторювач. Підсилювач на польовому транзисторі. Підсилювачі постійного струму (ППС). Диференціальний ППС.

Л. (1)

Завдання для СРС. Схеми з фіксованим струмом бази, з фіксованою напругою бази, з емітерно-колекторною стабілізацією (від’ємний зворотний зв’язок(ВЗЗ) за постійним струмом та напругою). Термокомпенсація. Схеми забезпечення режиму роботи підсилювача на польовому транзисторі. Фазоінверсний підсилювач. Підсилювач з автоматичним регулюванням підсилення (АРП). Паралельно балансний ППС. ППС з перетворенням постійного струму у змінний.
2

Тема 3.3. Комбінаційні цифрові пристрої

Лекція 2. Комбінаційні цифрові пристрої

Аналіз та синтез КЦП. Шифратори та дешифратори, мультиплексори та демультиплексори, суматори та напівсуматори, пристрої контроля парності, цифрові компаратори. Призначення, схемна реалізація, особливості застосування, практична реалізація. Проектування КЦЕП на мультиплексорах, дешифраторах та постійних запом”ятовуючих пристроях (ПЗП).

Л. (1)

Завдання для СРС. Приклади проектування КЦЕП на мультиплексорах, дешифраторах, ПЗП та ПЛІС.
3

Тема 3.4. Послідовні цифрові електронні пристрої

Лекція 3. Послідовні цифрові електронні пристрої

Визначення послідовних цифрових електронних пристроїв. Тригери. Регістри. Загальна характеристика, схемна реалізація, часові діаграми роботи, застосування, практична реалізація.

Л. (1)

Завдання для СРС. Практична реалізація тригерів та регістрів на сучасних мікросхемах.

Лабораторні заняття

№ з/п Назва лабораторної роботи (комп’ютерного практикуму) Кількість ауд. годин
1 Дослідження операційних підсилювачів. 2
2 Дослідження КЦЕП. 2
3 Дослідження ПЦЕП. 2

Самостійна робота студента/аспіранта

Очна форма

№ з/п Назва теми, що виноситься на самостійне опрацювання Кількість годин СРС
1 Тема 1.1. Електронні елементи та фізичні основи їх роботи 3
2 Тема 1.2 Електронні підсилювачі 3
3 Тема 1.3. Генератори гармонійних синусоїдальних коливань 3
4 Тема.1.4. Джерела живлення електронних схем 3
5 Тема 2.1. Формувачі імпульсів 3
6 Тема 2.2. Електронні ключі 3
7 Тема 2.3. Імпульсні тригери 3
8 Тема 2.4. Аналогові компаратори 3
9 Тема 2.5 Генератори імпульсів 2
10 Тема 3.1 Математичний апарат цифрової електроніки 3
11 Тема 3.2. Реалізація логічних функцій 3
12 Тема 3.3. Комбінаційні цифрові пристрої 3
13 Тема 3.4. Послідовні цифрові електронні пристрої 3
14 Тема 3.5. Цифро–аналогові перетворювачі 3
15 Тема 3.6. Аналого–цифровi перетворювачi 3
16 Модульна контрольна робота 3
17 Підготовка до заліку 4
18 Всього 51

Заочна форма

№ з/п Назва теми, що виноситься на самостійне опрацювання Кількість годин СРС
1 Тема 1.1. Електронні елементи та фізичні основи їх роботи 4
2 Тема 1.2 Електронні підсилювачі 4
3 Тема 1.3. Генератори гармонійних синусоїдальних коливань 5
4 Тема.1.4. Джерела живлення електронних схем 4
5 Тема 2.1. Формувачі імпульсів 6
6 Тема 2.2. Електронні ключі 6
7 Тема 2.3. Імпульсні тригери 5
8 Тема 2.4. Аналогові компаратори 6
9 Тема 2.5 Генератори імпульсів 5
10 Тема 3.1 Математичний апарат цифрової електроніки 6
11 Тема 3.2. Реалізація логічних функцій 7
12 Тема 3.3. Комбінаційні цифрові пристрої 7
13 Тема 3.4. Послідовні цифрові електронні пристрої 7
14 Тема 3.5. Цифро-аналогові перетворювачі 7
15 Тема 3.6. Аналого-цифровi перетворювачi 7
16 Модульна контрольна робота 3
17 Підготовка до заліку 4
18 Всього 93

Політика та контроль

Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Система вимог, які ставляться перед студентом:

  • відвідування лекційних та лабораторних занять є обов’язковою складовою вивчення матеріалу;

  • на лекції викладач користується власним презентаційним матеріалом; використовує відповідні додатки для викладання матеріалу поточної лекції, додаткових ресурсів, лабораторних робіт та інше; викладач відкриває доступ до певної директорії гугл-диска для скидання електронних лабораторних звітів та відповідей на МКР;

  • на лекції заборонено відволікати викладача від викладання матеріалу, усі питання, уточнення та ін. студенти задають в кінці лекції у відведений для цього час;

  • лабораторні роботи захищаються у два етапи – перший етап: студенти виконують завдання на допуск до захисту лабораторної роботи; другий етап – захист лабораторної роботи. Бали за лабораторну роботу враховуються лише за наявності електронного звіту;

  • модульні контрольні роботи пишуться на лекційних заняттях без застосування допоміжних засобів (мобільні телефони, планшети та ін.); результат пересилається у файлі до відповідної директорії гугл-диску;

  • заохочувальні бали виставляються за: активну участь на лекціях; участь у факультетських та інститутських олімпіадах з навчальних дисциплін, участь у конкурсах робіт, підготовка оглядів наукових праць; презентацій по одній із тем СРС дисципліни тощо. Кількість заохочуваних балів не більше 10;

  • штрафні бали виставляються за: невчасну здачу лабораторної роботи. Кількість штрафних балів не більше 10.

Контрольні роботи

В кінці навчального семестру пропонується проведення однієї модульної контрольної роботи (МКР). Ціль МКР полягає у засвоєнні матеріалу 3 розділу, пов`язаного з розрахунком АЦП, ЦАП та окремих питань Булевої алгебри.

Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО) (очна форма)

Рейтинг студента з дисципліни складається з балів, що він отримує за:

  1. виконання та захист 9 лабораторних робіт;

  2. виконання модульної контрольної роботи (МКР).

Система рейтингових (вагових) балів та критерії оцінювання

1. Лабораторні роботи (Rл)

Ваговий бал – 8. Максимальна кількість балів за всі лабораторні роботи дорівнює:

8 балів х 9 робіт = 72 бали.

Рівень підготовки до лабораторної роботи оцінюється до 2 балів (вхідний контроль підготовки до роботи).

Захист роботи до 4 бали.

Оформлення роботи – 1 бал.

2. Модульний контроль (Rм)

Ваговий бал – 28.

Критерії оцінювання:

  1. Виконання лабораторних робіт.

  • ‘відмінно’ - своєчасно та на високому рівні захищена теоретична та дослідницька частини лабораторної роботи - 8 балів;

  • ‘добре’ - не достатній рівень захисту однієї з частин лабораторної роботи-6 балів;

  • ‘ задовільно’ - низький рівень захисту теоретичної або дослідницької частини лабораторної роботи – 4 бали.

  1. Модульна контрольна робота:

  • ‘відмінно’, повна відповідь (не менше 90% потрібної інформації) – 28 балів;

  • ‘добре’, достатньо повна відповідь (не менше 75% потрібної інформації), або повна відповідь з незначними неточностями –26 балів;

  • ‘задовільно’, неповна відповідь (не менше 60% потрібної інформації) та незначні помилки – 24 бали;

  • ‘незадовільно’, незадовільна відповідь (не відповідає вимогам на ‘задовільно’) – 0 балів.

Штрафні ( rs) бали нараховуються за:

  • недопуск до лабораторної роботи у зв’язку з незадовільним вхідним

    контролем –1 бал;

  • несвоєчасний захист лабораторної роботи - 1 бал;

- несвоєчасний захист МКР ……………………………………………. – 5 балів.

Заохочувальні (rs) бали від 4 до 8 нараховуються за:

- модернізація лабораторних робіт;

- виконання завдань із удосконалення дидактичних матеріалів з дисципліни та інше.

Розрахунок шкали (R) рейтингу:

Сума вагових балів контрольних заходів протягом семестру складає:

R = = Rл +RМ += 72+28 = 100 балів.

Необхідною умовою допуску до заліку є:

  • зарахування всіх лабораторних робіт;

  • виконання МКР.

Сума балів переводиться до залікової оцінки згідно з таблицею 1.

Таблиця 1 – Переведення суми балів до залікової оцінки

Бали

R=+

 Оцінка ECTS Традиційна оцінка
95 – 100 А Зараховано
85 - 94 В
75 - 84 С
65 - 74 D
60 - 64 Е
R < 60 Fx Не зараховано
Не захищені всі ЛР та модульна КР F не допущено

На рисунку 1 наведено схему функціонування рейтингової системи оцінювання (РСО), для отримання заліку.

Рисунок 1 – Схема функціонування рейтингової системи оцінювання (РСО), для

отримання заліка

Проведення атестацій.

За результатами навчальної роботи за перші 7 тижнів «ідеальний студент» має набрати 40 балів. На першій атестації (8-й тиждень) студент отримує «зараховано», якщо його поточний рейтинг не менше 20 балів.

За результатами 13 тижнів навчальної роботи «ідеальний студент» має набрати 60 балів. На другій атестації (14-й тиждень) студент отримує «зараховано», якщо його поточний рейтинг не менше 30 балів.

Студенти, які протягом семестру набрали менше 0,6R = 0,6 х 100 = 60 балів, до заліку не допускаються, отримують оцінку F (незадовільно) і повинні виконувати залікову контрольну роботу.

Студенти, які протягом семестру набрали необхідну кількість балів (RD ≥ 0,6R = = 0,6 х 100 = 60 балів) мають можливість:

  • отримати залікову оцінку «автоматом» відповідно до набраного рейтингу (таблиця 1);

  • виконувати залікову контрольну роботу з метою підвищення оцінки;

  • у разі отримання оцінки, більшої ніж «автоматом» з рейтингу, студент отримує оцінку за результатами залікової контрольної роботи;

  • якщо за результатами залікової контрольної роботи студент отримує оцінку нижче, ніж отриману «автоматом», то попередній рейтинг студента з дисципліни скасовується і він отримує оцінку тільки за результатами залікової контрольної роботи.

Проведення залікової контрольної роботи для підвищення рейтингу студента

Студенти, які наприкінці семестру мають рейтинг менше 60 балів, а також ті, хто хоче підвищити оцінку, виконують комплексну залікову контрольну роботу.

Контрольна робота оцінюється максимум 100 балів:

  • «відмінно», повна відповідь;

  • «добре», достатньо повна відповідь, або повна відповідь з незначними неточностями ;

  • «задовільно», неповна відповідь та незначні помилки ;

  • «незадовільно», незадовільна відповідь (не відповідає вимогам на «задовільно»).

Завдання на залікову контрольну роботу

Виконати синтез комбінаційного цифрового пристрою. При виконанні цього завдання для перемикальної логічної функції чотирьох змінних, яка задана (описана) таблицею істинності, необхідно виконати наступне:

  • записати булевий вираз, який відповідає заданій функції, у довершеній диз’юнктивній нормальній формі (ДДНФ) та у довершеній кон’юнктивній нормальній формі (ДКНФ).

  • провести мінімізацію функції із використанням діаграми Вєйча. Мінімізацію провести за одиницями та нулями з отриманням мінімальної ДНФ та мінімальної КНФ.

  • використовуючи теореми, закони та тотожності Булевої алгебри отримані мінімальні ДНФ та КНФ перетворити у булеві вирази, які можуть бути реалізовані у заданому у завданні базисі: І – НЕ чи АБО – НЕ.

  • реалізувати отримані вирази на логічних елементах заданого базису, використовуючи існуючі типові набори логічних елементів.

  • порівняти два варіанти схемної реалізації у заданому базисі після мінімізації за одиницями та нулями за кількістю використаних мікросхем і обрати одну реалізацію, яка потребує менше мікросхем.

  • зробити відповідні висновки.

Інформаційні ресурси

Методичні матеріали дисципліни «Електроніка та мікропроцесорна техніка – 1 Комп`ютерна електроніка» доступні для вільного скачування з мережного ресурсу ‘Електронний Кампус’ НТУУ ‘КПІ’.

Робочу програму навчальної дисципліни (Силабус):

Складено доцент, к.т.н., Новацький Анатолій Олександрович

Ухвалено кафедрою ІСТ(протокол № 1 від 30.08.2021 р.)

Погоджено Методичною комісією факультету[1] (протокол № 1 від 30.08.2021 р.)

Додаток 1

Питання до заліку

  1. Поясніти принцип дії стабілітрону.

  2. Описати ідею керування ДПТ за допомогою ШІМ на тиристорах.

  3. Пояснити, як працює ГТІ на двох інверторах, привести часові діаграми роботи.

  4. Наведіть та поясніть вольт-амперну характеристику (ВАХ) р – n переходу.

  5. Пояснити застосування ТШ в якості порогового пристрою.

  6. Аналіз і синтез КЦП. Основні етапи синтезу КЦП. Приклад синтезу елемента “Мажоритарність” і його застосування.

  7. Назвіть та поясніть основні режими роботи БТ.

  8. Пояснити застосування ТШ в якості формувача імпульсів.

  9. Шифратори і дешифратори, основні схеми і принцип дії.

  10. Поясніть принцип дії польових транзисторів (ПТ) із затвором у вигляді p-n переходу та ізольованим затвором.

  11. Описати початковий стан чекаючого МВ на ІМС ОП при включенні живлення.

  12. Мультиплексори і демультиплексори, основні схеми, принцип дії і застосування.

  13. Наведіть та порівняйте ВАХ диністора та триністора.

  14. Вказати положення робочої точки ТК, закритого у вихідному стані.

  15. Суматори і напівсуматори, основні схеми, принцип дії і застосування.

  16. Чим відрізняються вентильний та фотодіодний режими роботи фотодіода.

  17. Вказати положення робочої точки ТК, відкритого в початковому стані.

  18. Цифрові компаратори, основні схеми, принцип дії і застосування.

  19. Поясніть умови оптимального узгодження джерела вхідного сигналу та навантаження з параметрами підсилювача.

  20. Довести, що в лінійній області передавальної характеристики ІМС ОП ΔU1 ≈ ΔU2 ≈ 0.

  21. Мінімізація логічних функцій. Пояснити алгебраїчний спосіб мінімізації ПФ.

  22. Дайте визначення та поясніть призначення зворотних зв’язків (ЗЗ) у підсилювачах.

  23. Записати рівняння динаміки біполярного транзистора, включеного за схемою зі СЕ.

  24. Пояснити роботу і принцип дії пристрою контролю парності.

  25. Як змінюється фаза вхідної напруги у підсилювачі зі СК?

  26. Привести співвідношення потенціалів φк і φа діода для відкритого та закритого станів, якщо: а) φк > 0; φа > 0; б) φк < 0; φа < 0;

  27. Мінімізація логічних функцій. Пояснити використання для цього діаграм Вейча.

  28. Як побудувати лінію навантаження для БТ, який включений за схемою із СЕ?

  29. Назвати необхідну і достатню умову регенерації (виникнення стрибків) в імпульсних схемах.

  30. ПЦП. Тригери, класифікація тригерів.

  31. Що відбувається з фазою вхідної напруги підсилювача на БТ, який включений за схемою із СЕ? Відповідь поясніть.

  32. Описати роботу мікросхеми ЦАП К572ПА1.

  33. АЦП. Визначення АЦП, його призначення, особливості застосування.

  34. Дайте визначення операційному підсилювачу та опишіть його основні параметри.

  35. Описати роботу автоколивальних МВ на ІМС ОП. Пояснити схему і часові діаграми роботи. Вивести основні розрахункові співвідношення.

  36. Асинхронні RS-тригери, позначення і застосування. Привести і пояснити принципові схеми і таблиці істинності.

  37. Наведіть та поясніть передатну (амплітудну) характеристику ОП.

  38. Пояснити роботу чекаючого МВ на ІМС ОП. Описати схему та часові діаграми роботи. Вивести основні розрахункові співвідношення.

  39. АЦП К1113 ПВ1. Часові діаграми роботи.

  40. Які властивості має ОП, який охоплений від’ємним ЗЗ?

  41. АК з ДЗЗ (регенеративний компаратор). Описати схему та часові діаграми роботи. Вказати переваги і недоліки.

  42. Т-тригери, позначення і застосування. Привести і пояснити принципові схеми, таблиці істинності і часові діаграми роботи.

  43. Поясніть схему, основні параметри інвертуючого підсилювача на основі ІМС ОП.

  44. Навести приклади схем ФР, виконаних на дискретних елементах, описати їх роботу, використовуючи часові діаграми роботи.

  45. D-тригери, позначення і застосування. Привести і пояснити принципові схеми, таблиці істинності і часові діаграми роботи.

  46. Поясніть схему, основні параметри неінвертуючого підсилювача на основі ІМС ОП.

  47. Пояснити роздільний і рахунковий запуск в схемах тригерів.

  48. JK-тригери, позначення і застосування. Привести і пояснити принципові схеми, таблиці істинності і часові діаграми роботи.

  49. Наведіть та поясніть схеми повторювачів на основі ІМС ОП.

  50. Схема асинхронного RS - тригера на БТ. Вихідний стан схеми при включенні живлення. Баланс фаз і баланс амплітуд і їх вплив на роботу тригера.

  51. Регістри, їхнє призначення і застосування. Паралельні регістри. Привести схеми і пояснити їхню роботу.

  52. Поясніть схему, основні параметри диференціатора та інтегратора на основі ІМС ОП.

  53. Пояснити принцип дії електронних ключів на тиристорах. Описати схему, характеристики та застосування.

  54. Регістри, їхнє призначення і застосування. Послідовні зсуваючи регістри. Привести і пояснити схеми і часові діаграми роботи.

  55. Дайте визначення та поясніть призначення підсилювача потужності (ПП).

  56. Описати роботу ТК на польовому МОН-транзисторі. Спрощена структура, характеристики, особливості застосування та властивості МОН - польового транзистора.

  57. Регістри, їхнє призначення і застосування. Послідовно-паралельні і паралельно-послідовні регістри.

  58. Поясніть особливості побудови безтрансформаторних ПП.

  59. Описати схему ТК з прискорюючим конденсатором і пояснити часові діаграми роботи.

  60. Лічильники. Призначення, застосування і класифікація.

  61. Дайте визначення електричному фільтру. Загальна характеристика. Види і типи.

  62. Проаналізувати роботу ТК, відкритого в початковому стані.

  63. Асинхронний двійковий лічильник, що підсумовує, з послідовним перенесенням. Пояснити схему, часові діаграми і таблицю, що показує його роботу.

  64. Опишіть принцип побудови і роботи генератора синусоїдальних коливань (ГСК).

  65. Проаналізувати роботу ТК, закритого у вихідному стані.

  66. Асинхронний двійковий лічильник, що віднімає, із послідовним переносом. Пояснити схему і таблицю, що показує його роботу.

  67. Назвіть та поясніть умови збудження RC-автогенератора.

  68. Пояснити принцип дії транзисторного ключа на n-p-n біполярному транзисторі, який керується різнополярними імпульсами.

  69. Асинхронні реверсивні двійкові лічильники з послідовним перенесенням. Пояснити роботу схем.

  70. Наведіть схему та поясніть роботу ГСК на основі операційного підсилювача та моста Віна.

  71. Пояснити роботу біполярного транзистора в ключовому режимі.

  72. Синхронний лічильник з наскрізним перенесенням. Пояснити роботу схем.

  73. Дайте визначення джерелам живлення електричних схем. Їх види.

  74. Біполярний транзистор. Спрощена структура. Схема зі СЕ. Статичні і динамічні характеристики. Робоча точка. Області. Режими роботи.

  75. Логічні елементи з відкритим колектором. Пояснити їхні переваги і застосування.

  76. Дайте визначення напівпровідниковому діоду (НД). Принцип роботи. Види і типи НД.

  77. Описати часові діаграми роботи двосторонніх обмежувачів амплітуди на паралельних ДК при подачі на вхід синусоїдальної напруги.

  78. Десяткові лічильники. Пояснити роботу схем.

  79. Які процеси називають: рекомбінацією, інжекцією та екстракцією?

  80. Описати послідовні діодні ключі при Uпор ≠ 0. Схеми. Передавальні характеристики. Співвідношення елементів схеми.

  81. Опишіть логічні елементи із третім станом, їхнє призначення, принцип дії.

  82. Чим відрізняються біполярні та уніполярні транзистори?

  83. Пояснити роботу паралельних ДК при Uпор ≠ 0. Передавальні характеристики. Співвідношення елементів схеми.

  84. Дільники частоти. Привести схеми і пояснити принцип дії.

  85. Поясніть роботу БТ в активному режимі.

  86. Пояснити роботу пасивного ІК при подачі на вхід послідовності ідеальних прямокутних імпульсів.

  87. АЦП послідовного наближення. Структурна схема, принцип дії.

  88. Способи керування тиристорами.

  89. Для ДК, на вхід якого надходять трапецеїдальні імпульси, вказати таке співвідношення tзр, tф, tі і τдиф, при якому коло стає перехідним (прохідним). Поясніть цей факт.

  90. Розподілювачі. Привести схему і пояснити часові діаграми роботи.

  91. Дайте визначення підсилювача електричних сигналів.

  92. Пояснити роботу пасивного ДК при подачі на вхід трапецеїдальних імпульсів в залежності від співвідношення tзр, tф, tі і τдиф.

  93. Особливості включення АЦП до мікропроцесорної системи.

  94. Назвіть та поясніть основні технічні параметри підсилювачів.

  95. Пояснити роботу пасивного ДК при подачі на вхід ідеальних прямокутних імпульсів в залежності від співвідношення tі і τдиф.

  96. Синхронні RS-тригери, позначення і застосування. Привести і пояснити принципові схеми і таблиці істинності.

  97. Наведіть та поясніть види спотворень у підсилювачах.

  98. Провести аналіз процесів, що відбуваються в пасивному ДК. Описати часові діаграми роботи.

  99. Назвіть та опишіть логічні елементи, що реалізують основні логічні функції.

  100. Як впливають ЗЗ на основні параметри підсилювачів?

  101. Описати приклад використання ТШ в якості формувача імпульсів при подачі на вхід напруги довільної форми, наприклад, синусоїдальної.

  102. Привести позначення і БВ логічної функції І (кон`юнктор). Пояснити принципову схему, таблицю істинності і застосування.

  103. Назвіть основні типи кіл ЗЗ у підсилювачах.

  104. Дати загальну характеристику несиметричним тригерам (тригери Шмітта). Вказати призначення та застосування.

  105. Пояснити мінімізацію ПФ з використанням карт Карно.