Перечень интерактивных занятий по дисциплине

7.1. Организация занятий по дисциплине "Электротехника и электроника" возможна как по обычной технологии по видам работ (лекции, практические занятия, лабораторный практикум, текущий контроль на 4-й, 8-й, 12-й и 16-й неделе семестров) по диспетчерскому расписанию, так и по технологии группового модульного обучения при планировании проведения всех видов работ (аудиторных занятий и самостоятельной работы по дисциплине) в автоматизированной аудитории с проекционным оборудованием и компьютерами на 25 мест плюс 12-16 часов в лаборатории электротехники для проведения лабораторных работ на натурных стендах.

Для этого на кафедре "Электроника и информатика" разработаны и записаны на компакт-дисках программные учебно-методические комплексы (УМК) по электротехнике и электронике, в котором интегрированы электронные образовательные ресурсы, базы данных, совокупность других дидактических средств и методических материалов, обеспечивающих сопровождение учебного процесса по всем видам занятий и работ по дисциплине В УМК совмещены форматы и идеология печатных и электронных уче­б­ных изданий и включены программные средства и ресурсы, в том числе flash-упражнения и flash-задания, задания для компьютерного тестирования уровня усвоения тем курса, программы проверки этапов выполнения курсовых работ.

При изложении теоретического материала рекомендуется использовать мультимедийные иллюстративные материалы, при проведении практических занятий – мультимедийные многовариантные упражнения, задания и тренажёры, функционирующие как в тренировочных, так в контрольных режимах, выполнение части лабораторных работ рекомендуется проводить в виртуальной лаборатории. Для этого разработано 37 компьютерных лабораторных работ (20 работ по модулю "Электротехника" и 17 работ по модулю "Электроника") с использованием программной среды NI Multisim и созданной на кафедре среды LabWorks с формированием электронных отчётов по работам и компьютерном тестированием перед защитой каждой работы. Студент выполняет моделирование схем электротехнических и электронных устройств в программной среде NI Multisum, проводит необходимые манипуляции на моделях в соответствии с индивидуальным заданием на выполнение каждой лабораторной работы (номер варианта задания совпадает с номером записи фамилии студента в учебном журнале группы).

Варианты заданий и методические указания к выполнению курсовых работ по дисциплине "Электротехника и информатика", которые рекомендуется выдавать студентам на первых занятиях семестров, содержат основные теоретические положения и расчётные формулы, варианты заданий и примеры их выполнения, рекомендации по оформлению отчётов. Для проверки правильности выполнения этапов курсовым работам на кафедре "Электроника и информатика" разработаны в среде Borland C++ Builder или Adobe Flash программы расчёта электрических цепей и устройств и построения диаграмм и графиков временных и частотных характеристик параметров электрических цепей и устройств.

Перечень интерактивных занятий по дисциплине

Семестр 4 или 5 (20 час.)

№ п/п	Вид занятия	Используемый инструментарий	Трудоём- кость (час)
	Практическое занятие "Методы расчёта электрических цепей пос­­тоянного тока"	Электротехнический калькулятор, 5 программ "Матричные методы расчёта цепей" [9.3.1]
	Практическое занятие "Расчёт электрических цепей пе­ре­менного тока и построение векторных диаграмм напряжений и токов"	Программы для построения временных диаграмм напряжений и токов с фазовыми сдвигами в электрических цепях [9.3.1]. Тренажер для построения векторных диаграмм электрических цепей с последовате­льным, параллельным и смешанным соединением элементов, функционирующий в тренировочном и контрольном режимах
	Практическое занятие "Расчёт цепей трёхфазного тока"	Тренажер для построения векторных диаграмм напряжений и токов в трёхфазных цепях, в том числе при аварийных режимах
	Практическое занятие "Расчёт магнитных цепей"	Программы расчёта нелинейных ма­г­нитных цепей графо-аналитическим методом и методом аналитической аппроксимации [9.3.1]
	Практическое занятие "Анализ работы однофазного трансформатора"	Программная среда проектирования и анализа электронных средств NI Multisim
	Лабораторная работа "Испытание асинхронного двигателя (АД)"	Программа для испытания АД с короткозамкнутым или с фазным ротором [9.3.1]
	Лабораторная работа "Испытание двигателя постояного тока"	Программа для испытания двигателя посто­янного тока параллельного возбуждения [9.3.1]

Семестр 5 или 6 (22 часа)

№ п/п	Вид занятий (форма обучения)	Используемый инструментарий	Трудоём- кость (час)
	Практическое занятие "Расчёт однофазного выпрямителя по заданным параметрам"	Программа расчёта параметров полупроводниковых выпрямителей
	Практическое занятие "Синтез логических схем на основе базовых элементов"	Программная среда проектирования и анализа электронных средств NI Multisim
	Практическое занятие "Анализ схем электронных счётчиков"	Программная среда проектирования и анализа электронных средств NI Multisim
	Лабораторная работа "Преобразование сигналов с помо­­щью опе­­ра­ционного усилителя "	Программная среда проектирования и анализа электронных средств NI Multisim
	Лабораторная работа "Аналоговый компаратор"	Программная среда проектирования и анализа электронных средств NI Multisim
	Лабораторная работа "Преобразователи кодов"	Программная среда проектирования и анализа электронных средств NI Multisim
	Лабораторная работа "Цифроаналоговый и аналого-цифровой преобразователи"	Программная среда проектирования и анализа электронных средств NI Multisim

8. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, проме­жут­оч­ной аттес­тации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспе­чение самостоятельной работы студентов

8.1. Текущий контроль по разделам (темам) дисциплины рекомендуется проводить во второй половине 4-й, 8-й, 12-й и 16-й недели в виде компьютерного тестирования по 20-25 тестовым заданиям в тесте.

Семестр 4 или 5 (8 час.)

№ п/п	Наименование темы дисциплины	Дата проведения (неделя семестра)	Длительность сессии тестирования (час)
	Анализ электрических цепей пос­­тоянного тока Анализ электрических цепей переменного тока	4-я
	Анализ цепей трёхфазного тока Переходные процессы в электрических цепях	. 8-я
	Анализ магнитных цепей Трансформаторы	12-я
	Асинхронные двигатели Машины постоянного тока Синхронные машины	16-я

Семестр 5 или 6 (8 час.)

№ п/п	Наименование темы дисциплины	Дата проведения (неделя семестра)	Длительность сессии тестирования (час)
	Элементная база электронных устройств Источники вторичного электропитания	4-я
	Усилители электрических сигналов Автогенераторы	. 8-я
	Логические элементы Цифровые комбинационные устройства	12-я
	Цифровые последовательностные устройства	16-я

Примеры тестовых заданий

8.1.1. " Может ли (да/нет) использоваться на самолете в качестве нейтрального провода трехфазной цепи его металлическая обшивка (корпус)? " Эталон: да;

8.1.2. Укажите, какие из приведенных признаков:

а) минимальный ток, потребляемый контуром;
б) сдвиг фаз между напряжением и током на входе контура равен 90°;

в) максимальный ток, потребляемый контуром,

г) минимальная проводимость контура,

д) отсутствие активных потерь в контуре,

е) минимальное сопротивление контура,

характеризуют:

1) резонанс напряжений в электрической цепи;
2) резонанс токов в электрической цепи ".

Эталон: 1 - в, е; 2 - а, г.

8.1.3. Укажите, какой принцип из приведенных:

а) принцип наложения;

б) принцип эквивалентного генератора;

в) принцип компенсации;
г) принцип взаимности
полностью применим при расчете нелинейных электрических цепей? "

Эталон: в.

8.1.4. Параметры стабилитрона: U_ст.ном = 30 В; I _{с т.min} = 10 мА; I_ст.max = 50 мА; I _{с т.ном} = (I_ст.max + I _{с т.min})/2 = (50 + 10)/2 = 30 мА. Укажите, чему равно динамическое сопротивление стабилитрона в окрестности рабочей точки (считая рабочий участок ВАХ стабилитрона линейным), если напряжение на стабилитроне на рабочем участке не должно изменяться более 0,1 %?

0,3 Ом; 0,5 Ом; 0,75 Ом; 1,0 Ом; 1,25 Ом.

8.1.5. Укажите выходное напряжение u_вых инвертирующего операционного усилителя (ОУ) при R ₁ = 10 кОм и R_ос = 500 кОм, если входное дифференциальное напряжение u_вх = 4 мВ.

+0,4 В; +0,2 В; –0,4 В; –0,2 В.

8.1.6. Укажите число выводов у шифратора при четырёх информационных входах.

16; 8; 4; 2; 1.

8.1.7. Укажите аналитическое выражение:

а) б)

в) г)

описывающее работу:

RS-триггера: а); б); в); г);

JK- триггера: а); б); в); г);

Т-триггера: а); б); в); г);

D-триггера: а); б); в); г).

8.1.8. Укажите, в какой момент 5-разрядный двоичный счетчик возвращается в начальное состояние:

при поступлении на вход 16-го импульса;

при подаче на вход 32-го импульса;

при подаче на вход инверсного сигнала;

при переполнении, наступающем при числе импульсов N = 2⁵ – 1.

8.1.9. Укажите, можно ли свести к нулю погрешность квантования аналогового сигнала посредствомвыбора параметров устройства, например, за счёт увеличения разрядности АЦП:

да; нет.

8.2. Промежуточный контроль по результатам семестра по дисциплине проходит в форме устного экзамена в обоих семестрах и включает в себя ответы на теоретические вопросы и решение типовоц задачи.

8.2.1. Вопросы и содержание типовых задач по разделам 1 и 2 дисциплины, выносимые на экзамен, выдаваемые студентам на первом занятии 4-го иди 5-го семестра.

Вопросы.

1. Пассивные элементы цепей и их характеристики.

2. Активные элементы цепей и их характеристики.

3. Расчет цепей постоянного тока методом преобразования схемы.

4. Алгоритм расчёта токов в сложной цепи постоянного тока методом законов Кирхгофа или методом узловых напряжений.

5. Алгоритм расчёта тока в одной ветви сложной цепи постоянного тока методом эквивалентного генератора.

6. Основные величины, характеризующие синусоидальные функции, и способы их отображения.

7. Среднее и действующее значения синусоидальных функций.

8. Анализ процессов в RL-, RC -, RLC -цепи синусоидального тока.

9. Три вида мощности в цепях синусоидального тока.

10. Методика расчета тока и мощностей в последовательной RL-, RC -, RLC -цепи комплексным методом.

11. Расчет токов в цепи переменного тока при параллельном включении приемников.

12. Резонанс напряжений (РН) и его особенности.

13. Резонанс токов (РТ) и его особенности.

14. Четырехполюсники: определение, классификация, система уравнений в А -форме. Физический смысл и размерности А -коэф­фици­ентов.

15. Т - и П -образные схемы замещения четырехполюсников и их связь с А -коэф­фициентами.

16. Основные принципы и теоремы, лежащие в основе расчёта и работы электро­магнитных устройств: (принцип непрерывности электрического тока и магнитного потока; закон полного тока; закон электромагнитной индукции; закон Ампера).

17. Расчет неоднородной неразветвленной магнитной цепи: а) прямая задача; б) об­ратная задача.

18. Назначение и классификация электрических аппаратов (электромагнитные реле, контакторы и пускатели, тепловое реле).

19. Назначение, устройство и принцип работы двухобмоточного трансформатора.

20. Анализ работы трансформатора (Тр) при ХХ и нагруженного Тр. Внешняя характеристика Тр.

21. Опыты ХХ и КЗ трансформатора.

22. Назначение, устройство и принцип действия асинхронного двигателя (АД).

23. Скольжение. Частота ЭДС статора и ротора. Схема замещения обмотки ротора и статора.

24. Вращающий момент АД. Зависимость момен­та от скольжения, т. е. М = f (S).

25. Механическая и рабочие характеристики АД. Пуск в ход АД. Реверсирование АД.

26. Назначение, устройство и принцип действия генератора постоянного тока (ГПТ). Способы возбуждения ГПТ. ЭДС якоря. Внешние характеристики ГПТ.

27. Назначение, устройство и принцип действия двигателя постоянного тока (ДПТ). Вращающий момент ДПТ.

28. Механическая и рабочие характеристики ДПТ. Способы регулирования частоты вращения ДПТ.

29. Назначение, устройство и принцип действия синхронного генератора (СГ). Способы возбуждения СГ. ЭДС якоря, реакция якоря.

30. Устройство, принцип действия и характеристики синхронного двигателя. Работа синхронного двигателя в качестве компенсатора реактивной мощности.

31. Причины возникновения переходных процессов в электрических цепях. Правила (законы) коммутации.

32. Переходные процессы в цепях первого порядка.

Содержание типовых задач по разделам 1 и 2 дисциплины

1. Расчет токов в сложной цепи с использованием правила делителя тока.

2. Расчёт токов в двухконтурной цепи постоянного тока одним из указанных методов: методом преобразования, законов Кирхгофа, методом двух узлов.

3. Расчёт токов в цепи переменного тока с последовательным или параллельным соединением двух-трёх пассивных элементов (R, L и C) комплексным методом с построением векторной диаграммы токов и напряжений.

4. Расчёт параметров колебательных контуров.

5. Расчёт А -коэффициентов простейших четырёхполюсников.

6. Расчёт неразветвлённой магнитной цепи при заданных геометрических размерах магнитопровода, его кривой намагничивания и магнитном потоке в зазоре.

8.2.2. Вопросы и содержание типовых задач по разделам 3 и 4 дисциплины, выносимые на экзамен, выдаваемые студентам на первом занятии 5-го иди 6-го семестра.

Вопросы.

1. Основные этапы развития и главные области применения электронных устройств. Основные типы электронных приборов.

2. Диоды и их свойства. Разновидности диодов.

3. Устройство, принцип действия, схемы включения и параметры биполярных транзисторов.

4. Полевые транзисторы: устройство, основные параметры и характеристики.

5. Устройство тиристора, его вольтамперная характеристика, область применения.

6. Типы интегральных микросхем. Семейства цифровых микросхем.

7. Структурная схема выпрямительного устройства напряжения. Однофазные одно- и двухполупериодные выпрямители напряжения: соответствующие средние значения выпрямленного напряжения и коэффициенты пульсации. Простейшие сгла­жи­вающие фильтры, коэффициент сглаживания. Внешние характеристики выпрямителей.

8. Назначение и классификация электронных усилителей. Основные параметры и характеристики усилителей.

9. Электронный усилитель на биполярном транзисторе, включённом по схеме с общим эмиттером: назначение элементов, функционирование.

10. Эмиттерный (истоковый) повторитель. Дифференциальный усилитель.

11. Функциональная схема операционного усилителя (ОУ), условное обозначение; схемы инвертирующего и неинвертирующего ОУ, выходные характеристики. Функциональные узлы на ОУ.

12. Параметры импульсов и импульсных устройств. Транзисторный ключ.

13. Режимы усиления мощности в импульсных усилителях.

14.Условия функционирования электронных генераторов. LС - и RС -гене­ра­торы.

15. Генераторы импульсов треугольной, прямоугольной и пилообразной форм.

16. Способы выполнения операций в цифровых устройствах над кодовыми и бинарными словами.

17. Функции алгебры логики, в том числе стрелка Пирса и штрих Шеффера.

18. Представление логических функций математическими выражениями и переход от них к логическим схемам.

19. Понятия «комбинационное устройство», «последовательностное устройство», «цифровой автомат».

20. Преобразователи кодов (шифраторы, дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры).

21. Аналоговые и цифровые компараторы.

22. Двоичные полусумматоры и сумматоры.

23. Принцип цифроаналогового преобразования с использованием устройств с резистивными матрицами. Погрешность преобразования. Напряжение на выходе преобразователя.

24. Физический процесс аналого-цифрового преобразования. Работа схемы АЦП последовательного счёта.

25. Асинхронный и синхронный RS -триггеры: таблицы переходов, аналитические выражения функционирования, временные диаграммы.

26. Т -, D - и JK -триггеры: таблицы переходов, аналитические выражения функционирования, временные диаграммы.

27. Бинарный счётчик с последовательным переносом.

28. Реверсивный синхронный бинарный и десятичный счётчики.

29. Работа параллельного регистра на RS -триггерах.

30. Схема сверхоперативной памяти на регистрах и её функционирование.

31. Элементы полупроводниковой памяти: на биполярных транзисторах с одномерной адресацией, на МОП-транзисторах с однокоординатной выборкой.

32. ПЗУ, состоящие: из диодной матрицы, из многоэмиттерных транзисторов.

33. Построение динамического элемента памяти на МОП-транзисторе с последовательно соединённым конденсатором.

Содержание типовых задач по разделам 3 и 4 дисциплины

1. Анализ выпрямителей и сглаживающих фильтров.

2. Анализ электронных схем, содержащих операционные усилители.

3. Составление таблиц истинности для логических схем.

4. Заполнение таблиц состояния цифровых схем, включающих дешифраторы и счёт­чики в соответствии с заданной последовательностью входных сигналов.

5. Заполнение таблиц состояния цифровых схем, включающих мультиплексоры, де­шифраторы, счётчики и сумматоры в соответствии с заданной последовательностью входных сигналов.