Государственный комитет Российской
Федерации
по высшему образованию
Нижегородский государственный университет
им.Н.И.Лобачевского
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
БАКАЛАВРА ФИЗИЧЕСКИХ НАУК
по общему курсу
"РАДИОЭЛЕКТРОНИКА"
для специальности "Радиофизика и
электроника"
Курс 4
Семестр 8
Лекции 51 час.
Практические занятия 17 час
Экзамен
Программа составлена доцентом кафедры
радиотехники радиофизического факультета
к.ф.-м.н. Е.И.Шкелевым, доцентом кафедры
радиотехники радиофизического факультета к.т.н.
Л.Ю.Ротковым
Н.Новгород 1995
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА
"РАДИОЭЛЕКТРОНИКА"
Основной целью курса
"Радиоэлектроника" является формирование
знаний в области аппаратных средств обеспечения
каналов связи в используемых на сегодня
диапазонах длин волн вплоть до ММ-диапазона
(исключая оптический и инфракрасный). Попутно
ставится задача ознакомления с основными
схемами и техническими решениями наиболее
широко употребляемых узлов радиоаппаратуры.
Для успешного усвоения данной
дисциплины требуется знание:
- 1) разделов курса общей физики, содержащих
обоснование и применение уравнений Кирхгофа,
рассматривающих резонансные явления в
электрических цепях и принцип работы
параметрических усилителей;
- 2) разделов курса "Теоретические основы
радиотехники", связанных со спектральными
представлениями радиосигналов, с вопросами
фильтрации и прохождения сигналов через
линейные и нелинейные цепи (включая усиление,
детектирование и преобразование частоты), а
также со структурой и компонентами канала связи;
- 3) разделов курса "Полупроводниковая
злектроника" по физике явлений в областях
контактов (таких как гомо- и гетеро-переходы,
барьер Шоттки), в биполярном и полевом
транзисторах (включая гетеропереходные
биполярные транзисторы, транзисторы с барьером
Шоттки, селективно легированные полевые
транзисторы);
- 4) разделов курса "Электродинамика" по
обоснованию и области применимости телеграфных
уравнений, по обоснованию и области применимости
моделирования распределенных систем
посредством цепей, содержащих сосредоточенные L,
C, R - параметры, а также разделы, отражающие
способы построения фильтров и согласующих цепей
(трансформаторов и шлейфов на основе фидерных
линий и невзаимных элементов типа мостов и
циркуляторов;
- 5) разделов курса "Теория колебаний" по
физическим явлениям в многозвенных
электрических фильтрах верхних и нижних частот и
полосовых фильтрах, явлениям в цепях с
переменными параметрами (в частности, в
параметрических усилителях), а также по
генерации гармонических колебаний и процессам,
происходящим в релаксационных генераторах и
триггерных схемах;
- 6) разделов курса "Атомная и ядерная
физика"; содержащих описание явления
сверхпроводимости, а также свойств контактов
типа сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник и
сверхпроводящих квантовых интерферометров
Джозефсона (СКВИДов).
II. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
"РАДИОЭЛЕКТРОНИКА"
- 1. Вводная часть (2 часа).
Физические принципы усиления,
генерации и преобразований радиосигналов -
краткий обзор физических эффектов, на которых
основана существующая элементная база
радиоэлектроники, и история ее развития.
- 2. Аналоговые структуры (27 часов).
- 2.1. Усилители радиосигналов.
- 2.1.1. Схемы включения усилительных приборов.
Каскодное включение. Классификация усилителей
по частотным свойствам. Многокаскадные
усилители. Условия согласования между каскадами
(2 часа).
- 2.1.2. Усилители постоянного тока (УПТ).
Особенности схемных решений УПТ. Дрейф УПТ.
Способы повышения стабильности параметров УПТ.
Эталон тока (Материал выносится на практические
занятия - 4 часа) .
- 2.1.3. Однотактный многокаскадный УПТ (О,5 часа).
- 2.1.4. Дифференциальный усилительный каскад.
Коэффициент передачи синфазной и
дифференциальной компонент сигнала.
Инвертирующий и неинвертирующий входы. Дрейф
дифференциального каскада (1,5 часа).
- 2.1.5. Аналоговая интегральная схемотехника (6
часов).
- 2.1.5.1. Дифференциальный каскад как основа
аналоговых интегральных схем (ИС).
- 2.1.5.2. Выходные цепи аналоговых ИС.
- 2.1.5.3. Интегральные операционные усилители (ОУ) и
функциональные узлы на их основе.
- - Упрощенная принципиальная схема ОУ.
- - Обратная связь в ОУ:
- инвертирующее и неинвертирующее включение ОУ;
безинерционные линейные цепи на базе ОУ
(повторитель напряжения, сумматор, масштабный
усилитель); ОУ в инерционных линейных цепях
(интегратор, дифереренциатор,фазовращатель.
Фильтрующие цепи).
- - Аналоговые функциональные преобразователи,
процессоры сигналов.
- 2.1.6. Широкополосные и полосовые усилители,
усилители радиочастоты (5 часов).
- 2.1.6.1. Особенности построения и функционирования
широкополосных и полосовых усилителей на
сосредоточенных элементах. Интегральные
усилители с имитацией индуктивности посредством
активной RC цепи-гиратора.
- 2.1.6.2. Усиление в СВЧ и микроволновом диапазонах.
Условия синхронизма и фазировки. Транзисторный
СВЧ-усилитель в линейном режиме: S-параметры
транзистора, входная и выходная согласующие
цепи, коэффициент передачи мощности и частотные
свойства. Техника микрополосковых линий в
СВЧ-усилителях. Распределенные усилители.
- 2.1.7. Интегральные схемы (ИС) СВЧ-диапазона.
Монолитные ИС на гетеропереходных полевых
транзисторах (1 час).
- 2.1.8. Регенеративные усилители (4 часа).
- 2.1.8.1. Принцип работы регенеративного усилителя.
Проходные и отражательные регенеративные
усилители.
- 2.1.8.2. Усилитель на туннельном диоде.
- 2.1.8.3. Параметрическое усиление сигналов.
Полупроводниковые параметрические усилители.
Энергетические соотношения в цепи с нелинейной
(переменной) емкостью. Теорема Мэнли-Роу.
Двухконтурный параметрический усилитель.
- 2.1.9. Малошумящие и криэлектронные устройства (1
час).
- 2.2. Преобразование радиосигналов (6 часов).
- 2.2.1. Инструментальные ИС.
- - Интегральные компараторы; аналого-цифровые и
цифро-аналоговые преобразователи .
- - Интегральные перемножители.
- Перемножение сигналов в дифференциальном
каскаде. Перемножитель Гильберта.
Радиотехнические преобразования на основе
аналоговых перемножителей (преобразование
частоты. амплитудная модуляция, удвоение
частоты, фазовый демодулятор - синхронный
детектор, линейный амплитудный демодулятор,
квадратичный детектор).
- 2.2.2. Системы фазовой синхронизации. Фазовая
автоподстройка частоты (ФАПЧ) в амплитудных и
частотных демодуляторах. Интегральная
схемотехника в системах с ФАПЧ.
- 3. Импульсная и цифровая техника (16 часов).
- 3.1. Электронный ключ и его основные свойства
(материал выносится на практические занятия - 6
часов) .
- 3.1.1. Статический режим биполярного ключа.
- 3.1.2. Переходные процессы в биполярном ключе:
метод заряда, задержка включения, включение и
выключение ключа.
- 3.1.3. Быстродействующие биполярные ключи:
транзистор с барьером Шоттки, переключатель
тока.
- 3.1.4. МДП - транзисторные ключи.
- Статический режим ключа с резисторной
нагрузкой. Переходные процессы в этом ключе при
его включении и выключении. Ключ с динамической
нагрузкой. Комплементарный ключ.
- 3.2. Основные положения алгебры логики (1,5 часа).
- Аксиомы, законы, тождества, логические функции.
Логический и минимальный логический базисы.
Универсальные логические элементы. Совершенные
дизъюнктивная и конъюнктивная нормальные формы,
Минимизация логических функций, карты Карно (в
примерах).
- 3.3. Дешифраторы, демультиплексоры и
мультиплексоры (О,5 часа).
- 3.4. Понятие о комбинационной схеме и цифровом
автомате. Автоматы Мили и Мура. ( О,5 часа) .
- 3.5. Аппаратная (схемотехническая) реализация
логических операций (3,5 часа).
- - Дизъюнкторы.
- - Конъюнкторы.
- - Базовые схемы транзисторной логики.
Реализация с помощью транзисторов логических
операций.
- - Диодно-транзисторная логика (ДТЛ).
- - Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ).
- Базовый элемент ТТЛ. Логические элементы с
открытым коллектором. Быстродействующие ТТЛ
схемы на транзисторах Шоттки (ТТЛШ - логика)
- - Схемотехника на униполярных транзисторах (
МДП-логика) .
- Базовый элемент МДП-логики. МДП-логика на
комплементарньк транзисторах (КМДП-логика).
Логика на транзисторах с барьером Шоттки.
- - Схемотехника с интегральной инжекционной
логикой (ИЛ).
- - Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ).
- - Логика на сверхпроводящих контактах.
- 3.6. Бистабильные ячейки, триггеры (2 часа).
- Дизъюнктивная и конъюнктивная бистабильные
ячейки (БЯ). Асинхронный RS -триггер. Триггеры,
синхронизируемые уровнем ( RS- и D - триггеры).
Триггеры. синхронизируемые перепадом: триггер с
управляющей БЯ, триггер с коммутирующей БЯ.
Универсальный JK-триггер. Счетный T-триггер.
- 3.7. Логические основы средних и больших
интегральных схем (СИС и БИС) (6 часов).
- а) Сумматоры и арифметические устройства.
Последовательный и параллельный многоразрядные
сумматоры.
- б) Регистры. Регистры памяти, сдвиговые
регистры.
- в) Счетчики. Асинхронный (последовательный) и
синхронный (параллельный) счетчики. Суммирующий
и вычитающий счетчики. Наращивание разрядности
счетчиков.
- г) Запоминающие устройства (ЗУ). Оперативное ЗУ.
Постоянное ЗУ. Перепрограммируемое
пользователем ЗУ.
- д) Программируемые логические матрицы (ПЛМ).
- 3.8. Тенденции развития интегральной
схемотехники. Сверхбольшие (СВИС) и
ультрабольшие (УБИС) интегральные схемы (О,5 часа).
- 3.9. Микропроцессоры и и микропроцессорные
комплекты, однокристальные ЭВМ (общие сведения)
(1,5 часа).
- 4. Структура и компоненты радиоприемных
устройств и устройств обработки сигналов (6
часов).
- 4.1. Компоненты супергетеродинного приемника (1
час).
- 4.2. Цифровые приемники сигналов (ЦПС) (3 часа).
- Сочетание аналоговой и цифровой обработки
сигналов в ЦПС, варианты построения схем ЦПС.
- 4.3. Аналого-цифровые микропроцессорные
устройства. Аналого-цифровые функциональные
микропроцессоры. Цифровые процессоры сигналов
(особенности архитектуры и функционирования) (2
часа).
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
Занятие 1 (2 часа).
Принцип построения усилительных каскадов.
Каскады с общим эмиттером (истоком), общим
коллектором (стоком) и базой (затвором).
Эквивалентные схемы по переменному току.
Основные характеристики каскадов: коэффициент
усиления по напряжению, входное и выходное
сопротивления, полоса пропускания.
Занятие 2 (2 часа).
Резонансный и апериодический усилители
напряжения. Схемные решения, частотные и
усилительные свойства.
Занятие 3 (2 часа).
Повторитель напряжения на биполярном
транзисторе. Стабильность коэффициента усиления
и роль отрицательной обратной связи в ее
повышении. Коэффициент нестабильности и его
зависимость от параметров схемы усилителя.
Занятие 4 (2 часа).
Коэффициент нестабильности каскада на
биполярном транзисторе. Эталон (зеркало) тока.
Однотактный многокаскадный усилитель
постоянного тока.
Занятие 5 (2 часа).
Статический режим биполярного ключа.
Динамические и статические характеристики
транзистора на постоянном токе. Режим отсечки,
режим насыщения.
Занятие 6 (2 часа).
Переходные процессы в биполярном ключе. Метод
заряда. Включение ключа, формирование фронта.
Выключение ключа, рассасывание неосновных
носителей базы, формирование среза.
Занятие 7 (2 часа).
МДП - транзисторные ключи. Особенности
статического режима ключей с активной и
динамической нагрузками. Переходные процессы в
МДП-ключе. Комплементарный ключ.
ЛИТЕРАТУРА ПО КУРСУ
"РАДИОЭЛЕКТРОНИКА"
Основная литература
- Алексеенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника:
Учеб. пособие для ВУЗов - М.: Радио и связь, 1990.
Алексеенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника:
Учеб. пособие для ВУЗов / Под ред. И.П.Степаненко -
М.: Радио и связь, 1982.
- Радиоприемные устройства. Под ред. Жуковского
А.П. Учеб. пособие для ВУЗов - М.: Высшая школа, 1989.
- Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы.
Учеб. пособие для ВУЗов - М.: Высшая школа, 1988.
- Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники: Учеб.
пособие для ВУЗов - М.: Радио и связь, 1985.
- Схемотехника линейных усилителей. Методические
указания. Составитель Е.И.Шкелев. - Н.Новгород,
ННГУ, 1991.
- Усилители с непосредственными связями.
Методические указания в 2-х частях. Составитель
Е.И.Шкелев. - Н.Новгород, ННГУ, 1994.
Дополнительная литература
- Данилин В.Н. и др. Аналоговые полупроводниковые
интегральные схемы СВЧ / В.Н.Данилин,
А.И.Кушниренко, Г.В.Петров. - М.: Радио и связь, 1985.
- Шур М. Современные приборы на основе арсенида
галлия: Пер. с англ. - М.: Мир, 1991.
- Интегральные схемы и микроэлектронные
устройства на сверхпроводниках / В.Н.Алфеев,
П.Л.Пахшин, А.А.Васенков и др. Под ред. В.Н.Алфеева. -
М.: Радио и связь, 1985.
ОБЗОР РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО
ТЕМАМ КУРСА "РАДИОЭЛЕКТРОНИКА"
Тема 1.
Ист. [1] - гл.9.; разделы 9.1, 9.2, 9.3, 9.6, 9.7.
Ист. [2] - гл.3.; разделы 3.2 - 3.5.
- гл.4.; разделы 4.1 - 4.3.
- гл.6.; разделы 6.1 - 6.3.
Ист. [3] - гл.12.; разделы 12.2, 12.3.
Ист. [4] - гл.3.; разделы 3.1 - 3.3, 3.5.
- гл.5.; разделы 5.5 - 5.8, 5.13, 5.17.
- гл.9.; раздел 9.5.
- гл.10.; разделы 10.1 - 10.9.
- гл.12.; разделы 12.1, 12.2, 12.5, 12.8.
Ист. [5,6] - разработаны специально для поддержки
курса.
Тема 2.
Ист. [1] - гл.1.; разделы 1.1, 1.3, 1.5.
- гл.2.; разделы 2.1 - 2.6.
- гл.3.; разделы 3.2 - 3.4, 3.6.
- гл.4.; разделы 4.3 - 4.6.
- гл.5.; разделы 5.2, 5.3, 5.6.
- гл.6.; разделы 6.1 - 6.5.
- гл.8.; раздел 8.1.
Темы курса фрагментарно отражены в
дополнительных литературных источниках
Ист. [7] - гл.4.; раздел 4.3 - раздел курса 2.1.7.
Ист. [8] - гл.11.; разделы 11.1 - 11.5 - раздел курса
Введение
Ист. [9] - гл.1.; раздел 1.6 - раздел курса Введение
Авторы
Зав. кафедрой радиотехники, профессор
А.Г.Кисляков
Председатель методкомиссии, профессор
В.Г.Гавриленко