ОП 04 Электронная техника. МП "Организация самостоятельной работы"

Citation preview

Федеральное агентство железнодорожного транспорта Управление учебных заведений и правового обеспечения Федеральное государственное бюджетное учреждение дополнительного профессионального образования «Учебно-методический «У чебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте»

ОП 04 Электронная техника

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ МЕТОДИЧЕСКОЕ ОРГ РГАНИЗАЦИЯ АНИЗАЦИЯ САМОСТ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ для обучающихся очной формы обучения образовательных организаций среднего профессионального образования

специальность 27.02.03 Автоматика и телемеханика на транспорте (железнодорожном транспорте) базовая подготовка среднего профессионального образования

2018

Методическое пособие рассмотрено и одобрено на заседании Учебно-методической комиссии по специальности 27.02.03 Автоматика и телемеханика на транспорте (железнодорожном транспорте) федерального учебно-методического объединения в системе среднего профессионального образования по укрупненным группам профессий специальности 27.02.03 Автоматика и телемеханика на транспорте (железнодорожном транспорте). Председатель УМК И.Г. Копай Протокол № 16 от 31 октября– октября–01 01 ноября 2016 г.

Автор — Д.А Д.А.. Рыжов Рыжов,, преподаватель Новосибирского техникума железнодорожного транспорта — структурного подразделения ФГБОУ ФГБО У ВО «Сибирский государственный университет путей сообщения» Рецензент — И.Г. Копай Копай,, преподаватель Приморского института железнодорожного транспорта — филиала ФГБО ФГБОУ У ВО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Предложения и замечания просим направлять в филиал ФГБУ ДПО «УМЦ ЖДТ» в г. Ростове-на-Дону по адресу: 344019, г. Ростов-на-Дону Ростов-на-Дону,, ул. 99-я я Линия, 10, тел.: 8(863) 253-51-65, е-mail: [email protected].

© Рыжов Д.А., 2018 © ДПО «Учебно-методический ФГБУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2018

Введение В связи с переходом от знаниевой парадигмы образования к деятельностной, традиционные формы внеа внеаудиторной удиторной самостоятельной работы, такие как чтение и воспроизведение текста учебника или конспекта лекций, которые ранее использовались при изучении технических дисциплин, дополнились такими формами внеа внеаудиторудиторной самостоятельной работы, как решение задач, выполнение расчетно-графических работ работ,, построение графиков и временных диаграмм, направленных на формирование знаний, умений и компетенций обучающихся. В данном методическом пособии автор попытался продемон стрировать стр ировать многообразие видов внеа внеаудиторной удиторной самостоятельной работы, применяя как традиционные формы (рефераты, задачи), так и не пользующиеся особой популярностью (чтение с маркировкой, графические организаторы). Современный обучающийся должен уметь самостоятельно добывать знания и находить им применение. Именно на это и направлены современные формы, методы обучения и даже целые педагогические технологии. В соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом среднего профессионального образования (далее — ФГОС СПО) специальности 27.02.03 Автоматика и телемеханика на транспорте (железнодорожном транспорте) образовательная организация обеспечивает эффективную внеа внеаудиторную удиторную самостоятельную работу обучающихся в сочетании с совершенствованием управления самостоятельной работой со стороны преподавателей. Данное методическое пособие предназначено для оказания помощи обучающимся и преподавателям в организации внеа внеаудиторудиторной самостоятельной работы по дисциплине ОП 04 Электронная техника для специальности 27.02.03 Автоматика и телемеханика на транспорте (железнодорожном транспорте). В резуль результате тате освоения учебной дисциплины обучающийся должен уметь: – определять и анализировать основные параметры электронных схем и по ним устанавливать работоспособность устройств электронной техники;

3

– производить подбор элементов электронной аппаратуры по заданным параметрам; знать: – сущность физических процессов, протекающих в электронных приборах и устройствах; – принципы включения электронных приборов и построения электронных схем; – типовые узлы и устройства электронной техники. Согласно ФГОС СПО самостоятельная работа является одним из видов учебных занятий по освоению основной профессиональной программы и имеет большое значение в формировании специалиста. В учебном процессе выделяют два вида самостоятельной работы: – ау аудиторная диторная самостоятельная работа (практические, контрольные, лабораторные занятия и др.); – внеау внеаудиторная диторная самостоятельная работа (работа с конспектом лекции, изучение и конспектирование дополнительной литературы в соответствии с программой дисциплины, ознакомление с нормативно-правовыми актами, составление и решение задач, подготовка презентаций и др.). Внеаудиторная Внеа удиторная самостоятельная работа выполняется по заданию преподавателя, но без его непосредственного участия. Основная задача организации внеа внеаудиторной удиторной самостоятельной работы обучающихся заключается в создании условий развития интеллектуальной инициативы и мышления на занятиях любой формы. Принципом ее организации должен стать переход обучающихся от пассивной роли при формальном выполнении определенных заданий к познавательной активности при решении поставленных вопросов и задач. Цель внеа внеаудиторной удиторной самостоятельной работы — научить обучающегося осмысленно и самостоятельно работать с учебным материалом и информацией, заложить основы самоорганизации и самовоспитания, стимулировать желание непрерывно повышать свою квалификацию. В данном методическом пособии предлагаются различные виды заданий для внеаудиторной самостоятельной работы обучающихся. Преподаватель может варьировать объем и виды заданий с учетом времени и возможностей обучающихся. Постановку цели и планирование внеа внеаудиторной удиторной самостоятельной работы для обучающихся определяет преподаватель. 4

Виды самостоятельной работы обучающихся 1. Для овладения и углубления знаний: – составление плана текста; – чтение текста с маркировкой (метод INSERT); – составление опорного конспекта; – подготовка реферата. 2. Для закрепления знаний: – работа с конспектом лекции; – повторная работа с учебным материалом; – составление вопросов по тексту тексту.. 3. Для систематизации учебного материала: – подготовка ответов на контрольные вопросы; – составление блок-схемы; – подготовка сообщения, доклада, презентации; – построение тайм-лайна; – построение диаграммы; – составление кластера; – составление сравнительных и концептуальных таблиц. 4. Для формирования умений решать профессиональные задачи: – составление и решение задач по образцу; – решение ситуативных и профессиональных задач; – проектирование и моделирование разных видов и компонентов профессиональной деятельности. В резуль результате тате выполнения этих заданий обучающиеся формируют свои умения и применяют их на практике. Виды заданий для самостоятельной внеа внеаудиторной удиторной работы могут иметь вариативный и дифференцированный характер, который учитывает особенности специальности изучаемой дисциплины, индивидуальные особенности обучающихся. Самостоятельная внеа внеаудиторная удиторная работа выполняется обучаю щимися в свободное от основных занятий время в произвольном режиме. Требованием к резуль результатам татам выполнения внеа внеаудиторной удиторной самостоятельной работы является обязательное выполнение всех видов заданий. При организации внеа внеаудиторной удиторной самостоятельной работы предполагается использование различной учебной литературы, что позволяет расширить и углубить теоретические знания. Самостоятель5

ная работа с литературой дает возможность каждому обучающему обучающемуся ся проявить активность в организации своей деятельности, закрепить и применить уже имеющиеся знания и умения. Чтение текста с маркировкой (метод INSER INSERT) T) I.N.S.E.R.T. (Interactiv I.N.S.E.R.T. Interactive e Noting System for Effectiv Effective e Reading and Thinking) — один из приемов разметки текста для эффективного чтения и размышления, который особенно эффективен при чтении текста информационного характера, содержащего много мелких деталей. Обучающему Обучающемуся ся предлагается система маркировки текста, позволяющая далее подразделить информацию на блоки, облегчающие понимание и систематизацию многочисленных деталей: – знак «V» — отметь отметьте те в тексте уже известную вам информацию; – знак «+» — отметь отметьте те новую информацию; – знак «–» — отмечается то, что идет вразрез с имеющимися у вас представлениями, то, о чем вы думали иначе; – знак «?» — отмечается то, что осталось непонятным и требу требует ет дополнительного изучения и понимания, то, о чем вы бы хотели узнать подробнее; – знак «!» — отмечается то, что вызвало интерес и желание узнать об этом больше. Читая текст текст,, обучающийся помечает на полях соответствующим значком отдельные словосочетания, предложения или абзацы. Систематизация пометок после прочтения текста может быть осуществлена с использованием маркировочной таблицы (табл. 1). Таблица 1 Маркировочная таблица V (уже знал)

+ (новая информация)

– ? (не согласен, (неясно, есть думал иначе) вопросы)

! (интересно, хочу узнать больше)

Преподаватель и сам обучающийся могут предложить собственную систему разметки текста для эффективного чтения и размышления в соответствии с решаемой задачей.

6

Составление плана текста Самым простым и эффективным способом составить план текста является работа по следующему алгоритму: – прочтите текст (представь представьте те мысленно весь материал); – разделите текст на части (по смыслу) и выделите в каждой из них главную мысль; – озаглавь озаглавьте те части; подбирая заголовки, замените глаголы именами существительными; – прочитайте текст во второй раз и проверь проверьте, те, все ли главные мысли отражены в плане. Работа с конспектом лекции (составление опорного ко конспекта) нспекта) Опорный конспект — это сокращенная символическая запись крупного блока изучаемого материала. Составляя такую «шпаргалку», обучающийся прорабатывает весь необходимый материал. Также он имеет возможность структурировать свои знания, «разложить все по полочкам». В основе такого конспекта лежит выделение главных, ключевых слов, дробление темы на мелкие фрагменты, а также использование системы условных обозначений, знаков, символов, цветных маркеров и т.д. Составление плана и тезисов ответа, ответы на контрольные вопросы При выполнении самостоятельной работы, направленной на воспроизведение, обучающиеся используют мыслительные умения, соответствующие самым низшим уровням мышления — знание и понимание. Однако для успешной учебной деятельности им необходимо владение мыслительными умениями более высокого порядка, соотносимыми с высшими уровнями мышления: применением, анализом, синтезом и оценкой. Формирование и регулярное использование в самостоятельной работе мыслительных умений высшего порядка возможно при осознанном выполнении заданий, активизирующих мыслительные умения разного уровня сложности. Необходимым условием творческой деятельности обучающихся является не только способность отвечать на вопросы преподавателя, базирующиеся на высших уровнях мышления, но и самостоятельно формулировать подобные вопросы. К сожалению, при традиционных методах обучения большинство вопросов на занятии относится

7

к первым двум уровням мышления. Задействовать в самостоятельной работе обучающихся уровни мышления высокого порядка без соответствующего педагогического сопровождения невозможно. При подготовке инструкций для самостоятельной работы необходимо формулировать вопросы разной сложности для индивидуального выполнения заданий. Приведенная ниже памятка поможет обучающимся легче и активнее справляться с подобными заданиями. 1. Вопросы на знание предполагают при ответе формальное воспроизведение информации (Когда ..? Что такое ..? Кто ..? Верно ли, что ..?). При ответах на такие вопросы осуществляется нагрузка на память, а не на мышление. 2. Вопросы на перевод предполагают трансформацию обучающимися информации в других образах (На что похоже ..? С чем можно сравнить ..? Это то же, что и ..? Можете ли вы проиллюстрировать … примерами? Каково определение ..? Где ранее встречалось ..?). При подготовке ответов на такие вопросы необходимо формулировать полученную информацию своими словами, соотносить новую информацию со знакомыми образами. 3. Вопросы на интерпретацию позволяют прояснить понимание взаимосвязей между фактами, определениями, идеями (Почему происходит про исходит именно так ..? Почему данное событие произошло имен но сейчас? Что означает ..? Какая часть здесь не подходит? Каковы исключения? Что наиболее вероятно? Какие свойства/факты под тверждают это? ). 4. Вопросы на применение позволяют перенести полученные знания в новые условия, например, на решение проблем (Предскажите/предположите, что будет, если ..? Каковы возможные результаты/ следствия? Скажите, что бы случилось, если ..? Насколько/как изменилась бы ситуация ..? Как на основе данной информации сформулировать ряд инструкций ..? Какие факторы вы бы изменили , если ..? Как можно применить это на практике? Где это можно использовать?). 5. Вопросы на анализ требуют прояснения причин и следствий, выделение этапов, частей из целого (Какие шаги можно предпринять для решения данной проблемы? Каковы предпосылки ..? Какой вывод можно сделать ..? Какова функция (чего-то) ..? Какие идеи подтверждают выводы ..? Какие идеи применимы/нет ..? Каковы отношения между ..? Каковы мотивы/факты/условия ..? Почему ..? Какие проблемы 8

это может вызвать? Почему произошли такие изменения? В чем заключается суть проблемы?). 6. Вопросы на синтез связаны с творческим решением проблем. В отличие от вопросов на применение здесь недостаточно просто имеющейся информации. Необходимо создание нового целого на основе оригинального подхода (Как иначе можно решить возникшую проблему? Как бы Вы проверили ..? Что, если ..? Сколько еще способов Вы можете предложить? Что произойдет, если ..?) 7. Вопросы на оценку предполагают формулирование собственных суждений или видения проблемы на основе конкретных критериев и ценностей (Что более важно, а что менее важно/логично/ уместно/соответствует нормам ..? Как/насколько изменилось ..? Как вы считаете ..? Насколько эффективно ..? Как бы вы поступили ..?). Подготовка рефера реферата та Реферат (от лат лат.. refero — «докладывать», «сообщать») представляет собой доклад на определенную тему тему,, включающий обзор соответствующих литературных и других источников или краткое изложение книги, статьи, исследования. Таким образом, реферат — это сокращенный пересказ содержания первичного документа (или его части) с основными фактическими сведениями и выводами. Написание реферата способствует закреплению знаний по данной теме, развивает умения самостоятельного научного поиска, изучения литературы по выбранной теме, анализа различных источников и точек зрения, обобщения материала, выделения главного, формулирования выводов. Процесс написания реферата включает: – выбор темы; – подбор нормативных актов, специальной литературы и иных источников, их изучение; – составление плана; – написание текста работы и ее оформление. Рефераты пишутся по наиболее актуальным темам. В них на основе тщательного анализа и обобщения на научного учного материала сопоставляются различные взгляды авторов и определяется собственная позиция слушателя с изложением соответствующих аргументов. Тема реферата предлагается преподавателем. В тех случаях, когда обучающемуся щему ся дается возможность самому сформулировать тему предстоя9

щего реферата, необходимо обратить особое внимание на четкую формулировку темы, которая не должна быть ни слишком абстрактной и обширной, ни слишком узкой, так как могут возникнуть проблемы с поиском литературы. Тема должна быть сформулирована грамотно с литературной точки зрения. Следу Следует ет по возможности воздерживаться от использования в названии спорных с на научной учной точки зрения терминов, излишней на наукообразности, укообразности, а также от чрезмерного упрощения формулировок. Желательно избегать длинных названий. Знакомство с литературой Работу над рефератом следу следует ет начинать с общего ознакомления с темой. Реферат пишется на основе учебников, учебно-методических пособий, монографий, на научных учных статей и не предполагает проработку источников. В большинстве случаев преподаватель предоставляет обучающимся список рекомендованной литературы, из которого следует следу ет выбрать подходящую по теме литературу литературу.. Однако слушатели могут использовать литературу литературу,, самостоятельно подобранную в результате зуль тате изучения библиографии в библиотеке. Сюда входит знакомство со справочными изданиями, библиографическими указателями и справочниками, энциклопедиями и различного рода обозрениями, просмотр газет газет,, журналов и других работ работ.. Особенно внимательно необходимо следить за новой литературой по избранной проблематике. Первичная работа с литературой Первичная работа заключается в просмотре названий, оглавлений, вводных разделов, заключений и выводов работ работ,, а также в просмотре таблиц, схем и рисунков. Сюда же входит регистрация и отбор литературы, необходимой для написания реферата. В процессе изучения литературы рекомендуется делать выписки, постепенно группируя пиру я и накапливая теоретический и практический материал. Составление плана реферата Прочитав основную литературу и законспектировав ее, необходимо составить план реферата в соответствии с подобранным и изученным материалом. План реферата должен быть составлен таким образом, чтобы он раскрывал название работы. Реферат Реферат,, как правило, состоит из введения, в котором кратко обосновывается актуальность, 10

научная и практическая значимость избранной темы, основной чанаучная сти, содержащей суть проблемы и пути ее решения, заключения, где формируются выводы, оценки, предложения, и списка использованной литературы. Написание реферата Написание реферата является завершающим этапом при работе над заявленной темой реферата. Структура реферата должна полностью соответствовать плану работы. Введение состоит из 1–3 страниц. В нем должна быть обоснована актуальность и степень изученности темы, определены цели и задачи реферата, историография вопроса (краткий обзор литературы на данную тему), а также обозначен круг вопросов, освещенных в реферате. В основной части реферата в соответствии с планом разбираются поставленные вопросы. Содержание должно быть конкретным, строго соответствовать названию темы, иметь достоверные и новейшие данные, убедительные объяснения вопросов, яркие примеры и доказательства, четкую последовательность изложения — от простого и известного к сложному и неизвестному неизвестному.. Излагать материал следу следует ет кратко, точно, последовательно. Необходимо избегать непривычных или дву двусмысленных смысленных понятий и категорий, сложных грамматических оборотов. Термины, отдельные слова и словосочетания допускается заменять принятыми текстовыми сокращениями, смысл которых ясен из контекста. Рекомендуется включать в реферат схемы и таблицы, если они помогают раскрыть основное содержание проблемы и сокращают объем работы. После каждого параграфа реферата делается вывод. Практические рекомендации пишутся в том случае, когда изложенная в реферате информация может быть использована обучающимися в практической деятельности. Реферат считается собственной работой обучающегося и пишет ся в его редакции, излагается его собственными словами. Дослов ное переписывание литературных данных считается кражей или плагиатом. Цитаты или дословные изречения других авторов применяются только для подтверждения некоторых фактов и положений реферата, но при этом необходима обязательная ссылка на автора. Это наз называ ыва-ется цитированием, оно допу допускается, скается, но в меру меру.. Употребление в рефе11

рате большого количества цитат называется цитатничеством. Оно уже недопу недопустимо. стимо. Цитатничество сводит на нет заслуги автора. Реферат пишется популярным языком, доступным для массового читателя. Иностранные слова обязательно объясняются. Слова, смысл которых непонятен обучающему обучающемуся, ся, для написания реферата не употребляются. Язык, которым написан реферат реферат,, должен отвечать правилам ру русской сской литературной речи, но одновременно следу следует ет избегать излишней эмоциональности и красочности, свойственных художественным сочинениям. В заключении, которое, как правило, составляет 1–2 страницы, должны быть перечислены основные выводы по выполненной работе, обозначены перспективы дальнейшего развития темы и сформулировано личное мнение обучающегося по теме реферата. В выводах необходимо дать предельно краткие и четкие ответы на вопросы, поставленные во введении реферата. Список использованной литературы — это один из важных элементов реферата, позволяющий проверить автора и помогающий отыскать основную литературу литературу,, в которой можно получить ответы на интересующие вопросы, если они не раскрыты в реферате, но интересуют читателя. Как правило, применяется нижеприведенная структура реферата: – титульный лист; – оглавление (оглавление располагают на следующей после титульного листа странице. Оно представляет собой структуру реферата с указанием наименований разделов и соответствующих им номеров страниц); – введение (во введении приводят сведения об актуальности темы и степени ее освещенности в литературе. Возможно включение и других пунктов); – основная часть (этот элемент структуры реферата может включать пункты/главы и подпункты/параграфы, в рамках которых раскрывается тема); – заключение (содержит краткое изложение основных рассмотренных в реферате вопросов, подведение итогов и выводы); – список использованной литературы (для написания реферата требуется 5–10 источников. Согласно правилам оформления реферата в список литературы включают не только цитируемые источники, но и литературу, изученную при написании работы и упомянутую в тексте); 12

– приложения (в случае наличия приложений их приводят после списка литературы). Оформление реферата должно соответствовать стандарту образовательной организации. Составление резюме и парафраз Одной из проблем, возникающих у обучающихся при самостоятельном изложении усвоенной информации, является опора на запоминание, а не на осмысление текста. Умение изложить новую информацию своими словами или «сжать» информацию, опираясь на ключевые моменты исходного текста, помогает обучающему обучающемуся ся освоить новые знания по теме и способствует глубокому усвоению материала. Парафраз учит излагать содержание текста своими словами, делая прочитанное доступным и понятным. Резюме представляет собой краткое изложение содержания текста с опорой на ключевые понятия и идеи. Рабочий листок с подробной инструкцией помогает самостоятельно отработать умения перефразировать и резюмировать прочитанное. Рабочий листок Задание: составь составьте те резюме к прочитанному тексту тексту,, пользу пользуясь ясь приведенной ниже инструкцией. 1. Внимательно прочитайте текст текст.. 2. Подчеркните 8 ключевых слов или фраз. 3. Выпишите их из текста. _______________________________________________________ _______________________________________________________ Используя выделенные Вами ключевые слова и переформулиИспользуя руя ру я основные идеи текста своими словами, составь составьте те резюме: _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________

13

Подготовка доклада/сообщения Сообщение по своей сути является разновидностью реферативной работы. От реферата сообщение отличается меньшим объемом, а также формой представления резуль результатов татов работы. Реферат обычно проверяется преподавателем как письменная работа, а сообщение подразумевает публичное представление резуль результатов татов работы перед аудиторией, сопровождающееся, как правило, презентацией. Графические организаторы информации Одним из способов обеспечения личностно-ориентированного педагогического сопровождения самостоятельной работы обучающихся в новой парадигме образования может стать использование графических организаторов. Графические организаторы — это образное представление различных мыслительных процессов. Методы визуализации организуют и направляют мыслительный процесс, помогают ориентироваться в ситуации и обдумывать со всех сторон сложные вопросы. Их можно использовать при решении широкого круга образовательных задач: прорабатывать содержание предметного знания, систематизировать и обобщать информацию, исправлять ошибки понимания. Можно использовать при работе с текстами, причем, как при чтении, так и при написании. В данном методическом пособии рассматривается лишь несколько графических организаторов, наиболее часто применяемых автором в учебном процессе. Классификация Графические организаторы категоризации/классификации помогают зрительно представить процесс классификации и распределения объектов по категориям на основе релевантных признаков при выстраивании уровней категоризации. Часто обучающиеся начинают выстраивать категоризацию от общего к частному и, опираясь на несколько разноуровневых признаков, нарушают принципы классификации. Ключевые вопросы помогут выстроить связи и уровни соподчинения: 1. Назвать, какие блоки мне нужно объединить и проклассифицировать. 14

2. Ответить, на основании какого признака я объединяю составляющие блоков и выстраиваю соподчинение частей целому целому.. 3. Определить, существуют ли еще блоки, которые пока не входят в мою классификацию. Графически изобразить классификацию можно множеством различных способов. Рассмотрим некоторые из них. Подобно денотатному графу сетевое дерево используется для категоризации и/или классификации изучаемого материала по уровням (рис. 1).

Рис. 1. Сетевое дерево

Ключевые вопросы: 1. Сформулируйте предмет классификации. 2. Назовите, какие соподчиненные категории можно выделить. 3. Объясните, как выделяемые уровни связаны между собой и сколько уровней можно выделить. Пирамида, изображенная на рисунке 2а, использу используется ется для выстраивания иерархической последовательности от общего к частному или от частного к общему общему.. В перевернутой пирамиде на рисунке 2 б «наверх» помещается самая ценная информация, а затем — подробности по мере убывания важности, до наименее важных в самом конце. Классификация может быть оформлена в виде таблиц различной структуры (табл. 2). 15

а)

б)

Рис. 2. Пирамида и перевернутая пирамида

Таблица 2 Структура таблицы Предмет классификации Критерий 1

Критерий 2

Критерий 3

Объект 1

...

...

Объект 2

...

...

Объект 3

Построение диаграммы Венна Сравнительные графические организаторы — эффективный педагогический прием, развивающий логическое мышление обучаю щихся. Для того чтобы сравнивать объекты и явления, необходимо их детально изучить и выделить основания для сравнения. Само стоятельно использу используя я подобные графические организаторы, обучающиеся исследуют новые понятия и идеи, приобретая умения анализировать заданные блоки информации. Они учатся задавать вопросы, позволяющие им обобщать первичные знания и форму лировать новые представления, связанные с рассматриваемыми объектами. Использование цвета при выделении параметров срав нения позволяет активизировать ассоциативное мышление. Иссле дования подтверждают подтверждают,, что составление многоцветных сравнитель ных диаграмм способствует более глубокому усвоению изучаемого материала (рис. 3).

16

Объект 1

Объект 2

Общие признаки

Признаки объекта 1

Признаки объекта 2

1 ...

1 ...

1 ...

2 ...

2 ...

2 ...

3 ...

3 ...

3 ...

Рис. 3. Принцип построения диаграммы Венна

Диаграмма (кольца) Венна использу используется ется для сравнения и противопоставления объектов (предметов, личностей, явлений, идей и т.д.). Благодаря относительной простоте структуры и эффективной демонстрации сходств и различий сравниваемых объектов кольца Венна являются одним из наиболее часто используемых графических организаторов. Анализ сходств и различий позволяет дать глубокий анализ темы и сделать аргументированные выводы при устном обобщении пройденного материала или выполнении последующего письменного задания. Кольца Венна широко используются во многих предметных областях. Необходимо заранее выделить объекты для сравнения. Чем больше параметров сравнения использу используется, ется, тем более показателен анализ. Для усиления наглядности часто используются разные цвета и графические формы (рис. 4). Традиционно используются кольца, но в зависимости от решаемой задачи применяются и другие фигуры (треугольники, квадраты) и их сочетания.

17

Футбол

Волейбол

1. Игра с мячом Ногами

Руками 2. Командная игра

Рис. 4. Пример диаграммы Венна

Ключевые вопросы: 1. Назвать, какие объекты необходимо сравнить и что у них общего (информация располагается в пересекающихся областях диа граммы). 2. Назвать, чем отличаются эти объекты (информация располагается в непересекающихся областях графического организатора). Составление сравнительных таблиц Сравнительные таблицы используются так же, как двойные кольца Венна, но обладают рядом преимуществ при более детальном изложении параметров сравнения. В наружных столбцах описываются все характеристики двух объектов, во внутреннем — их сходства (табл. 3). Таблица 3 Вариант сравнительной таблицы Признаки объекта 1

18

Общие признаки

Признаки объекта 2

Составление концептуальных таблиц Данный организатор используется для анализа и сравнения большого количества объектов с множеством характеристик. Эффективен для выделения ключевых параметров сравнения. Делая наглядным резуль результат тат анализа, позволяет работать с информацией в режиме мозгового штурма и способствует развитию аналитического мышления. При знакомстве с данным графическим организатором или при его применении в начале работы над новой темой следует убедиться, что обучающиеся владеют достаточной информацией об изучаемых объектах, а также рассматривать небольшое количество сравниваемых объектов, не ограничивая число параметров сравнения. Это позволяет на научиться учиться детально анализировать сравниваемые объекты. В наиболее сложных случаях такая таблица может быть многомерна (табл. 4). Таблица 4 Вариант концептуальной таблицы Объекты сравнения

Критерии/категории сравнения Объект 1

1

2

3

Объект 2 Объект 3

Ключевые вопросы: 1. Назвать, какие объекты необходимо сравнить. 2. Назвать, по каким параметрам их сравнивать. 3. Объяснить, в чем заключается сходство и различие этих объектов при данных параметрах сравнения. Особенностью концептуальных таблиц является то, что обучающимся предлагается самим придумать критерии сравнения. Составление кластера Кластер — самый популярный тип графических организаторов. В самом общем смысле кластер или гроздь, который часто называют «когнитивной картой», «картой мысли» или «понятийной сетью», представляет собой резуль результат тат мозговой атаки, поэтому работа над ним может начаться как до столкновения с новой информацией, так и пос19

ле знакомства с ней, когда обучающийся собирает информацию и выстраивает смысловые связи между ее составляющими. Кластер состоит из основной идеи и связанных с ней понятий, фактов, примеров, детализирующих тему тему,, которые располагаются в более мелких полях, и линий, демонстрирующих связь между основным понятием и более мелкими блоками информации (рис. 5).

Электрон

Янтарь, шерсть

Частицы Тела

Положительный

Протон

Электромагнитное взаимодействие

Отрицательный

Заряженные

Стекло, шелк Электрический заряд

Элементарные частицы

Дискретный

Нейтральные Порции

Элементарный

Электростатика Притяжение

1,6·10-19

Неподвижные

Взаимодействие

Электрон

Отталкивание Точечные

Рис. 5. Пример кластера по теме: «Электрический заряд»

Главное отличие кластера от денотатного графа (способа выделения из текста существенных признаков понятия) заключается в том, что создание кластера позволяет рассмотреть информацию с разных сторон. Блоки, на которые обучающийся разбивает информацию, и связи, которые он выстраивает между ними, отражают ход его мысли при анализе явления или темы. При возникновении новой мысли он имеет возможность сразу же зафиксировать ее и развить, добавляя отдельную «гроздь» кластера. Выделение добавленных и реструктурированных блоков дополнительными цветами помогает проследить все этапы работы над кластером. В резуль результате, тате, каждый кластер индивидуален, и с его помощью можно, в частности, оценить самостоя тельную работу обучающегося по теме. Уровни разбивки материала 20

на блоки четко отражают глубину усвоения темы, а возможность «открытых», еще незаполненных полей помогает обучающему обучающемуся ся сформулировать собственный информационный запрос и выстроить траекторию своего дальнейшего поиска дополнительной информации, не нашедшей отражения в представленном к изучению материале. Являясь гибким инструментом собственной рефлексии и информационного поиска, кластер эффективен как при организации идей, так и при планировании проектов и поиске наилучшего решения проблемы. Построение тайм-лайна

2015 Microsoft выпустила операционную систему Windows 10

Выпуск операционной системы Window indows s 95, 1995 в которой впервые появилась поддержка USB

1992 DEC представил первый 6464-битный битный процессор RISC Alpha

1990 Microsoft выпустила Window indows s 3.0

3 апреля 1986 Первый ноутбук IBM PC Conv Convertible ertible

На смену IBM PC пришел IBM PC/ 1983 XT, включавший в себя жесткий диск XT,

Начались продажи Commodore 64 (впоследствии стал самым август 1982 продаваемым компьютером)

IBM представила первую модель IBM PC 5150, ставшую родоначальником 12 августа 1981 современных ПК на архитектуре Intel x86

1977 Появился Commodore PET — первый компьютер, в комплект поставки которого входили клавиатура и монитор

Выпущен в продажу Sinclair ZX ZX80 80 1980

1974 Кустарный выпу выпуск ск Apple I

Фирма MTS начала производство 1974 компьютера Altair 8800

События

Компания Honeyw Honeywell ell выпускает «Кухонный «К ухонный компьютер» Н316

Даты

1969

Линейный граф «временная шкала» (Time-Line) дает графическое представление промежутка времени и хронологической связи событий (рис. 6). Установите последовательность исторических событий, а также фактов, связанных между собой во времени (стадий, этапов, действий и результатов). Расположите даты каждого события в хронологическом порядке слева направо. Добавь Добавьте те необходимые пояснения под каждым делением шкалы.

Рис. 6. Пример тайм-лайна

21

Достоинством данного графического организатора является возможность его гибкого использования для демонстрации резуль результатов татов анализа фактологического материала. Так, например, выстраивая хронологию важнейших событий из истории развития электроники, обучающийся может выделить те события, которые считает ключевыми, и дать аргументированное обоснование причин, по которым он/она включает именно эти события в самостоятельно выстроенную последовательность. Составление блок-схемы Блок-схема — распространенный тип схем (графических моделей), описывающих алгоритмы или процессы, в которых отдельные шаги изображаются в виде блоков различной формы, соединенных между собой линиями, указывающими направление последовательности. Цепочки Помогая выстроить смысловые связи между рассматриваемыми явлениями или фактами, графические организаторы позволяют представить сложную последовательность событий/фактов в виде простых, понятных и легко запоминающихся блоков. Используется Использу ется для описания последовательности стадий процессов; целей, действий и резуль результатов татов работы; основных событий (рис. 7).

1

2

1

3

2

4

3

4

Рис. 7. Построение вариантов блок-схем

22

Циклический граф Используется для описания последовательности событий и явИспользуется лений, взаимодействие которых непрерывно воспроизводит ряд результатов зуль татов (жизненный цикл, природные явления, цикличность достижений и провалов (рис. 8). 2

1

3

4

Рис. 8. Циклический граф

Построение графиков и временных диаграмм Одним из самых эффективных способов развития аналитических способностей обучающегося является описание работы электриче электриче-ских схем с помощью графиков и временных диаграмм (рис. 9). Графики и временные диаграммы фактически являются графическим изображением зависимости изменения какой-либо электрической величины (сигнала) от времени. В зависимости от типа устройства и различных входных данных (сигналов) будет изменяться и выходная величина. Задания на построение графиков и временных диаграмм обладают практически неограниченной вариативностью. Обучающемуся Обучающему ся предлагается построить график изменения выходных сигналов при заданной форме входных.

23

S

R

Q

Q

Рис. 9. Пример временной диаграммы для RS-триггера

Составление структурной схемы по принципиальной Одним из основных умений квалифицированного техника специальности 27.02.03 Автоматика и телемеханика на транспорте (железнодорожном транспорте) является практический навык чтения принципиальных схем. Данный вид работы направлен на развитие способностей находить типовые узлы электронных устройств на принципиальных схемах, выявлять взаимосвязи между ними. Построение структурной схемы производится в последовательности, показанной на рисунке 10.

24

L1

Т1 VD1 VD 1

R1

VD2 VD 2 C1

VD3 VD 3

L1

Cхема выпрямления

RH

VD4 VD 4

Cхема выпрямления

Сеть

VD5 VD 5

R1

VD2 VD 2 C1

VD3 VD 3

RH

VD4 VD 4

Т1 VD1 VD 1

VD5 VD 5

Cглаживающий филь фильтр тр Cтабилизатор

Cглаживающий фильтр филь тр

Cтабилизатор

Нагрузка

Рис. 10. Последовательность построения структурной схемы

Подготовка к лабораторному/практическому занятию Основной дидактической целью лабораторных работ является экспериментальное подтверждение и проверка существенных теоретических положений учебной дисциплины, овладение техникой эксперимента, умением решать практические задачи путем постановки опыта. В ходе работы обучающиеся формируют для себя умения наблюдать, сравнивать, сопоставлять, анализировать, делать выводы и обобщения, самостоятельно вести исследования, пользоваться различными приемами измерений, оформлять результаты в виде таблиц, схем, графиков. Одновременно у них формируются профессиональные умения обращения с различными приборами, аппаратурой, установками и другими техническими средствами для проведения опытов.

25

Проведение экспериментов, в некоторых случаях, требу требует ет предварительных расчетов, подготовки таблиц, бланков и т.д. Эта работа может быть выполнена во внеа внеаудиторное удиторное время. В качестве примера в Разделе 2 Тема 2.4 Виды усилительных каскадов обучающимся предлагается выполнить расчет усилительного каскада по приведенной методике. Рекомендации по оформлению презе презентации нтации Электронная презентация — определенное число слайдов (определяется исходя из необходимости раскрытия содержания темы), которые сменяют друг друга, иллюстриру иллюстрируя я тезисы доклада автора. Смена слайдов должна происходить без каких-либо анимационных эффектов. Фон слайдов должен быть однородным и контрастным по отношению к тексту тексту,, представленному на нем, единым для всей презентации. Презентации в электронном виде выполняются в программе Microsoft Pow owerP erPoint oint или в аналогичных программах. Первый слайд презентации в обязательном порядке должен содержать: 1) наименование образовательной организации; 2) тему работы; 3) ФИО докладчика. Второй слайд презентации должен содержать цели и задачи работы, заключительный слайд — выводы. Элементами презентации могут быть: – графический материал (чертежи, диаграммы, схемы, графики, эскизы и т.п.); – данные, представленные в табличном виде; – формулы с необходимыми пояснениями; – текстовый материал; – элементы муль мультимедиа тимедиа (видео- и аудиофрагменты, анимированные элементы). Чертежи, диаграммы, эскизы и другие графические материалы, выполненные с использованием других программных средств (AutoCad, КО КОМПА МПАС, С, Word, Excel и др.), вставляются в файл презентации методом прямого копирования или после конвертирования в формат изображения (jpg, gif, wmf, bmp).

26

В тех случаях, когда формат (соотношение горизонтальной и вертикальной сторон) графического материала существенно отличается от формата отображения слайдов презентации на экране, например, имеются схемы значительной протяженности по вертикали или горизонтали, целесообразно такой материал представлять не в электронном, а в печатном виде на бумажных листах соответствующего формата. Использование отсканированных изображений в основной части презентации допускается, но они должны быть высокого качества. На чертежах, диаграммах и другом графическом материале должны присутствовать хорошо читаемые цифровые и символьные обозначения, необходимые для понимания содержания представляемого материала. На том же слайде презентации приводятся необходимые условные обозначения. На одном слайде презентации, если это обоснованно с точки зрения логической целостности доклада, может размещаться несколько графических изображений, а также допу допускается скается комбинированное размещение графических изображений, текста, табличных данных, формул. Все виды материала должны хорошо читаться. При этом допускается пу скается анимация, не замедляющая темпа доклада. При размещении на одном слайде презентации только текстового материала количество знаков не должно превышать 500–600. Текст должен быть четко структурирован (разделен на абзацы, представлен в виде списка и т.п.). Не рекомендуется размещение на одном слайде презентации более трех-четырех формул, сопровождаемых пояснениями. Слайды презентации могут иметь фоновые изображения, которые не должны препятствовать восприятию основного содержания листа. Не рекомендуется использование в качестве фона заливки ярких цветов и высококонтрастных изображений. Основные правила создания презентации: – 1 слайд — 1 мысль; – длинные тезисы сокращаются до 2–3 (максимум 6) слов; – оптимальное количество текста на экране — не больше 6 слов в 6 рядах; – использу используется ется крупный шрифт (его должно быть видно с последних рядов);

27

– грамотность изложения мысли; – использование диаграмм и графиков вместо таблиц (если это возможно); – иллюстрации не должны быть слишком сложными и глубокомысленными; – минимум звуковых и анимационных эффектов; – достоверность информации.

28

29

2

4

Тема 1.1. Физические основы ра ра-боты полупроводниковых приборов

Тема 1.2. Полупроводниковые диоды

3

2

3

теории

2

Раздел 1. Основы электроники

Введение

2

1 1

Тема по примерной программе

№ п/п

2

–

–

4

лабораторных занятий, контрольная работа

4

1

1

5

самостоятельной работы

Число часов

Подготовка к лабораторному занятию. Подготовка ответов на контрольные вопросы. Составление опорного конспекта (по примерному плану). Ответы на вопросы по самоконтролю.

Подготовка к ответам на контрольные вопросы. Составление сравнительной таблицы. Составление диаграммы Венна. Сравнительная характеристика переходов различных структур. Ответы на вопросы по самоконтролю.

Подготовка сообщения по теме. Подготовка презентации по теме. Построение тайм-лайна. Ответы на вопросы по самоконтролю.

6

Виды самостоятельной работы

План распределения часов по организации самостоятельной работы по учебной дисциплине ОП 04 Электронная техника специальности 27.02.03 Автоматика и телемеханика на транспорте (железнодорожном транспорте)

30 4

3 6

2

2

2

2

2

Тема 1.3. Биполярные транзисторы

Тема 1.4. Полевые транзисторы

Тема 1.5. Тиристоры

Тема 1.6. Нелинейные полупроводниковые приборы

Тема 1.7. Электровакуумные и ионные приборы

Тема 1.8. Оптоэлектронные приборы и приборы отображения информации

1 4

5

6

7

8

9

2

–

–

2

2

2

4

2

1

1

4

2

4

5

Подготовка реферата/доклада/сообщения по теме. Ответы на вопросы по самоконтролю.

Составление сравнительной таблицы, концептуальной таблицы, диаграммы Венна. Ответы на вопросы по самоконтролю.

Подготовка к лабораторному занятию. Чтение текста с маркировкой. Построение маркировочной таблицы. Ответы на вопросы по самоконтролю.

Подготовка к лабораторному занятию. Составление плана текста. Ответы на вопросы по самоконтролю.

Подготовка к лабораторному занятию. Составление сравнительной таблицы, концептуальной таблицы, диаграммы Венна. Ответы на вопросы по самоконтролю.

Подготовка к лабораторному занятию. Подготовка реферата/доклада/сообщения по теме. Ответы на вопросы по самоконтролю.

6

Продолжение

31

3

4

2

2 2

4

2 2

4

Тема 2.1. Общая характеристика электронных усилителей Тема 2.2. Обратная связь в усилителях Тема 2.3. Общие принципы построения и работы схем электрических усилителей Тема 2.4. Виды усилительных каскадов Тема 2.5. Многокаскадные усилители Тема 2.6. Усилители постоянного тока Тема 2.7. Генераторы гармонических колебаний

11 12

13

14 15

16

4

2

–

2

–

–

–

Раздел 2. Основы схемотехники электронных схем

2

10

1

4

2

1

3

1

1

1

5

Подготовка к лабораторному занятию. Подготовка к контрольной работе. Графическое изображение классификации генераторов гармонических колебаний. Подготовка реферата/доклада/сообщения. Ответы на вопросы по самоконтролю.

Подготовка к лабораторному занятию. Составление резюме. Ответы на вопросы по самоконтролю.

Составление структурной схемы. Ответы на вопросы по самоконтролю.

Подготовка к лабораторному занятию. Расчет усилительного каскада. Ответы на вопросы по самоконтролю.

Графическое изображение классификации усилителей. Ответы на вопросы по самоконтролю.

Составление кластера. Ответы на вопросы по самоконтролю.

Подготовка реферата/доклада/сообщения на заданные темы. Ответы на вопросы по самоконтролю.

6

Продолжение

32 3

4

2

4

Тема 3.2. Основы построения формирующих цепей

Тема 3.3. Электронные ключи и методы формирования импульсных сигналов

Тема 3.4. Триггеры

Тема 3.5. Импульсные генераторы

18

19

20

21

4

4

2

Тема 3.1. Общая характеристика и параметры импульсных сигналов

2

2

–

–

–

Раздел 3. Схемотехника цифровых электронных схем

2

17

1

3

3

2

1

1

5

Подготовка к лабораторному занятию. Графическое изображение (блок-схема) последовательности работы блокинг-генератора. Ответы на вопросы по самоконтролю.

Подготовка к лабораторным занятиям. Построение диаграмм работы триггеров. Ответы на вопросы по самоконтролю.

Подготовка реферата/доклада/сообщения. Составление опорного конспекта (по примерному плану). Ответы на вопросы по самоконтролю.

Контроль и систематизация знаний по вопросам. Составление и решение задач. Ответы на вопросы по самоконтролю.

Контроль и систематизация знаний по вопросам. Составление кластера для понятия «Импульсные сигналы». Ответы на вопросы по самоконтролю.

6

Продолжение

33

3

4

Тема 4.3. Цифровые интегральные микросхемы (ЦИМС)

24

Итого

72

6

Тема 4.2. Аналоговые интегральные микросхемы

23

Всего

2

Тема 4.1. Основы функциональной микроэлектроники

Раздел 4. Основы микроэлектроники

2

22

1

146

24

–

2

–

4

50

2

4

1

5

Составление сравнительной таблицы, концептуальной таблицы, диаграммы Венна. Ответы на вопросы по самоконтролю.

Подготовка к лабораторному занятию. Графическое изображение классификации АИМС. Подготовка реферата/доклада/сообщения. Ответы на вопросы по самоконтролю.

Чтение текста с маркировкой. Ответы на вопросы по самоконтролю.

6

Окончание

Тема: «Введение» Содержание учебного ма материала териала Задачи и значение дисциплины на современном этапе развития общества и в системе подготовки специалистов, ее связь с другими дисциплинами. Классификация и важнейшие направления электроники. Краткая история возникновения и развития электроники. Технология электронных приборов. Область применения электроники. Роль и значение электронной техники на железнодорожном транспорте. Перспективы развития электроники. 1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше (Приложение А); 2) выполнить задания и предоставить их преподавателю в установленном виде отчетности: – выполнить построение тайм-лайна (задание 1); – выполнить учебно-практические задания (подготовить сообщение — задание 2, подготовить презентацию — задание 3); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 2. Методика выполнения задания При подготовке рекоменду рекомендуется ется обратить внимание на подбор необходимой информации по заданной теме. Необходимо изучить учебный материал (учебник, первоисточник, дополнительную литературу,, электронные и образовательные ресурсы) для выполнения тературу данного задания. Оформить сообщение по теме: «Современное состояние электроники» следу следует ет в соответствии с требованиями, указанными в методических рекомендациях. Оформить презентацию по теме: «Применение электронной техники в устройствах автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте» следует в соответствии с требованиями, указанными в методических рекомендациях. Построить тайм-лайн «История развития электронной техники» в соответствии с рекомендациями и методикой построения таймлайна.

34

При выдаче задания преподаватель должен: – объяснить принцип построения тайм-лайна, показать приме ры; – назвать рекоменду рекомендуемые емые источники информации; – объявить требования к оформлению (в рабочей тетради, на листах формата А3, в виде компьютерной презентации); – объявить срок и способ сдачи задания (зависит от способа оформления: оформление в рабочей тетради подразумевает проверку преподавателем, презентация — публичную защиту); – объявить критерии оценки. Задания: 1) подготовить тайм-лайн на тему: «История развития электронной техники»; 2) подготовить сообщение на тему: «Современное состояние электроники»; 3) подготовить презентацию по теме: «Применение электронной техники в устройствах автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте». 3. Источники информации: [1, 2, 4] — основной литературы, [6, 7, 10, 14] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [16]. 4. Ожидаемый резу резуль льтат тат В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – сущность физических процессов, протекающих в электронных приборах и устройствах; – принципы включения электронных приборов и построения электронных схем; уметь: – излагать мысли своими словами, в лаконичной форме, делая обзор информации; – собирать, систематизировать, перерабатывать информацию по изучаемой теме и оформлять ее.

35

Вопросы для самоконтроля 1. Объясните, какое место занимает учебная дисциплина в образовательном процессе. 2. Назовите особенности развития электронной техники на железнодорожном транспорте в нашей стране. 3. Расскажите, какую роль играет электронная техника в устройствах автоматики и телемеханики.

Раздел 1. Основы электроники Тема 1.1 Физические основы работы полупроводниковых приборов Содержание учебного ма материала териала Основные положения теории электропроводности полупроводников. Физические процессы в полупроводниках. Собственные и примесные полупроводники. Энергетические диаграммы полупроводников. Виды электронно-дырочных переходов. Методы формирования и физические процессы в электронно-дырочном переходе при создании перехода. Режимы включения p-n p-n--переходов. Прямое и обратное смещение p-n p-n--перехода. Воль Вольт-амперные т-амперные характеристики электрических переходов. Основные процессы работы и свойства p-n p-n--перехода при смещении. Специальные виды электрических переходов. 1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 2) выполнить задания и представить их преподавателю в установленном виде отчетности: – ответить устно на контрольные вопросы (задание 1); – выполнить учебно-практическое задание (составить таблицу — задание 2); – выполнить учебно-практическое задание (построить диаграмму Венна — задание 3); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 2. Методика выполнения задания При планировании работы по теме требу требуется ется подобрать необходимые дополнительные источники информации по данной тематике. 36

Задание выдается после того, как обучающиеся узнали о существовании переходов, отличных от p-n структуры. Возможно как индивидуальное, так и групповое выполнение задания. При групповом выполнении задания преподаватель раздел разделяяет группу на малые группы (для данного задания не более трех обучающихся) и выдает каждой из них различные варианты задания (для примера: 1 группа должна составить таблицу «сравнение p-nперехода с переходом Шоттки», 2 — диаграмму Венна для p-i и n-i переходов и т.д.). При выдаче задания преподаватель должен: – объяснить принцип составления сравнительных таблиц, построения диаграмм Венна, показать примеры; – назвать рекоменду рекомендуемые емые источники информации; – объявить требования к оформлению (в рабочей тетради, на листах формата А3, в виде компьютерной презентации); – объявить срок и способ сдачи задания (зависит от способа оформления: оформление в рабочей тетради подразумевает проверку преподавателем, презентация — публичную защиту); – объявить критерии оценки. Задание выполняется обучающимися внеа внеаудиторно, удиторно, с учетом требований принципов составления и построения сравнительных таблиц, диаграмм Венна. Критерии сравнения объектов обучающиеся должны определить самостоятельно. Задания по теме 1.1: 1) проанализировать конспекты занятий, учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы по теме и подготовить развернутый ответ; 2) составить сравнительную таблицу; 3) построить диаграмму Венна. 3. Источники информации: [1, 2, 4] — основной литературы, [6, 7, 10, 14] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [16].

37

4. Ожидаемый резу резуль льта татт В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – сущность физических процессов, протекающих в полупроводниках; – основы работы полупроводниковых приборов; уметь: – излагать мысли своими словами, в лаконичной форме, делая обзор информации; – собирать, систематизировать, перерабатывать информацию по изучаемой теме и оформлять ее в виде сравнительных таблиц и диаграмм. Вопросы для самоконтроля 1. Объясните, чем отличаются полупроводники от проводников и диэлектриков. 2. Расскажите, что такое собственный и примесный полупроводники. 3. Назовите отличия полупроводников n- и р-типов электропроводности. 4. Назовите, какова концентрация носителей заряда в примесном полупроводнике. 5. Объясните, что такое равновесные и неравновесные носители заряда в полупроводнике. 6. Объясните, каким параметром характеризуют рекомбинацию неравновесных носителей заряда. 7. Расскажите, что такое р-n-переход. 8. Изобразите зависимость тока, проходящего через р-n-переход от напряжения. Тема 1.2 По Полупроводниковые лупроводниковые диоды Содержание учебного ма материала териала Общие сведения и классификация полупроводниковых диодов. Устройство и система обозначений полупроводниковых диодов. Принцип действия, параметры и характеристики полупроводниковых диодов. Зависимость параметров диодов от внешних факторов.

38

Полупроводниковые выпрямительные и импульсные диоды, стабилитроны и стабисторы, варикапы, туннельные и обращенные диоды; особенности структур, принцип действия и схемы включения диодов. 1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 2) выполнить задания и представить их преподавателю в установленном виде отчетности: – ответить устно на контрольные вопросы (задание 1); – выполнить письменное задание (составить опорный конспект по плану — задание 2); – выполнить учебно-практическое задание (подготовка к лабораторному занятию — задание 3); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 2. Методика выполнения задания Задание выдается на занятии, предшествующем первому занятию по Теме 1.2 Полупроводниковые диоды. Задание предполагается индивидуальным и недифференцированным по вариантам. При выдаче задания преподаватель должен: – объяснить принцип составления опорных конспектов; – выдать примерный план конспекта; – назвать рекоменду рекомендуемые емые источники информации; – объявить требования к оформлению (в рабочей тетради или в текстовом редакторе); – объявить срок и способ сдачи задания; – объявить критерии оценки. Используя Использу я рекомендованные преподавателем источники информации, обучающийся описывает каждый из следующих типов полупроводниковых диодов: – выпрямительные; – СВЧ-диоды; – диоды Шоттки; – стабилитроны; – варикапы; – светодиоды; 39

– фотодиоды; – туннельные диоды; – лавинные диоды; – диоды Ганна; по примерному плану: 1. Название. 2. Условное графическое обозначение. 3. Воль Вольт-амперная т-амперная характеристика. 4. Значимые параметры (максимальный прямой ток, максимальное обратное напряжение, напряжение стабилизации, емкость и т.д.). 5. Особенности конструкции и работы, типы корпу корпусов, сов, технологии изготовления. 6. Область применения. Задания по теме 1.2: 1) проанализировать конспекты занятий, учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы по теме и подготовить развернутый устный ответ; 2) составить опорный конспект по плану; 3) подготовка к лабораторному занятию. 3. Источники информации: [1, 2, 4] — основной литературы, [6, 7, 8, 10, 14] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [15, 16]. 4. Ожидаемый резу резуль льта татт В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – устройство полупроводниковых диодов и разновидности типов полупроводниковых диодов; – особенности высокочастотных диодов; уметь: – использовать нормативно-технические источники при выполнении заданий; – излагать мысли своими словами, в лаконичной форме, делая обзор информации при конспектировании;

40

– собирать, систематизировать, перерабатывать информацию по изучаемой теме и оформлять ее с помощью компьютерных программ. Вопросы для самоконтроля 1. Опишите устройство полупроводниковых диодов. 2. Изобразите статическую воль вольтамперную тамперную характеристику диода. 3. Опишите характер влияния температуры на воль вольтамперные тамперные характеристики германиевого и кремниевого диодов. 4. Перечислите разновидности типов полупроводниковых диодов. 5. Объясните, что такое выпрямительный диод. 6. Назовите особенности высокочастотных диодов. 7. Объясните, как характеризу характеризуется ется быстродействие импульсного диода. 8. Назовите назначение и объясните принцип действия стабилитрона. Тема 1.3 Биполярные транзисторы Содержание учебного ма материала териала Основные определения, устройство и принцип действия биполярного транзистора. Классификация, маркировка и система обозначений биполярного транзистора (графическое и символическое обозначение). Режимы работы и схемы включения транзисторов. Принцип работы, физические процессы и токи в биполярном транзисторе при включении транзистора в электрическую цепь. Физические параметры. Статические и динамические характеристики и параметры. Зависимость параметров транзисторов от внешних факторов. Свойства транзисторов. Однопереходные транзисторы. 1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 2) выполнить задания и представить их преподавателю в установленном виде отчетности: – выполнить учебно-практические задания (подготовить рефераты, доклады, сообщения на заданные темы — задание 1); – подготовиться к лабораторному занятию (задание 2); 3) ответить на вопросы для самоконтроля.

41

2. Методика выполнения задания Задание на подготовку рефератов, докладов и сообщений может выдаваться в начале изучения дисциплины на вводном занятии. В этом случае преподаватель распределяет темы рефератов по всем темам и разделам курса между обучающимися таким образом, чтобы каждый из них в течение срока изучения дисциплины выполнил хотя бы одну подобную работу работу.. При этом необходимо сообщить срок сдачи задания, в особенности, если преду предусмотрено смотрено публичное выступление обучающегося перед группой. Подготовка реферата, доклада, сообщения подразумевает работу с несколькими источниками информации. Такой вид деятельности развивает у обучающихся дивергентное мышление — способность понимать и осмысливать многообразие явлений действительности, их свойств и связей между ними. Реферативная работа позволяет обучающемуся приобрести умения работы с информационными источниками, выработать индивидуальные методы по закреплению знаний, развить способности к анализу,, синтезу и творческому мышлению, активизировать интеланализу лектуальную активность и творческий подход к решению учебных задач, формировать основы самодисциплины и потребность в регулярном пополнении знаний. Полученный при работе над рефератом опыт может быть использован при подготовке курсовой и выпу выпускной скной квалификационной работы. Выполненное задание оценивается по следующим критериям (табл. 5). Таблица 5 Критерии оценки Критерии

Показатели

1

2

Оригинальность текста

42

– актуальность проблемы и темы; – новизна и самостоятельность в постановке проблемы, в формулировании нового аспекта выбранной для анализа проблемы; – наличие авторской позиции, самостоятельность суждений.

Окончание табл. 5 1

2

Степень раскрытия сущности пробле- – соответствие плана теме реферата; мы – соответствие содержания теме и плану реферата; – полнота и глубина раскрытия основных понятий проблемы; – обоснованность методов работы с материалом; – умение работать с литературой, систематизировать и структурировать материал; – умение обобщать, сопоставлять различные точки зрения по рассматриваемому вопросу вопросу,, аргументировать основные положения и выводы. Обоснованность выбора источников

– круг круг,, полнота использования литературных источников по проблеме; – привлечение новейших работ по проблеме (журнальных публикаций, материалов сборников научных трудов и т.д.).

Соблюдение требований к оформле- – соответствие стандарту организанию ции; – грамотность и куль культура тура изложения; – владение терминологией и понятийным аппаратом проблемы; – соблюдение требований к объему реферата. Грамотность

– отсутствие орфографических и синтаксических ошибок, стилистических погрешностей; – отсутствие опечаток, сокращений слов, кроме общепринятых; – литературный стиль.

Задания по теме 1.3: 1) подготовить доклады, рефераты, сообщения на темы: «Характеристики и применение составных транзисторов»; «История создания транзисторов»; «Т «Технология ехнология изготовления биполярных транзисторов 43

«Применение биполярных транзисторов в системах железнодорожной автоматики»; 2) подготовиться к лабораторному занятию: оформить работу работу,, указав название, цель и краткий порядок проведения работы. 3. Источники информации: [1, 2, 4] — основной литературы, [6, 7, 8, 10, 14] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [15, 16]. 4. Ожидаемый резу резуль льта татт В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – устройство и принцип действия биполярного транзистора; – особенности режима работы и схемы включения транзистора; уметь: – использовать нормативно-технические источники при выполнении заданий; – излагать мысли своими словами, в лаконичной форме, делая обзор информации при ответах на вопросы; – собирать, систематизировать, перерабатывать информацию по изучаемой теме и оформлять ее с помощью компьютерных программ. Вопросы для самоконтроля 1. Назовите, что такое биполярный транзистор. 2. Перечислите схемы включения биполярных транзисторов. 3. Перечислите физические параметры транзистора. 4. Назовите режимы работы биполярных транзисторов. 5. Перечислите входные и выходные характеристики транзистора. Тема 1.4 Полевые транзисторы Содержание учебного ма материала териала Общие сведения о полевых транзисторах. Классификация и ус ус-ловное обозначение (графическое и символическое обозначения). Устройство и принцип действия полевого транзистора с управляющим p-n-переходом. Полевые транзисторы с изолированным затвором от канала. Принцип работы, физические процессы и токи в полевом транзисторе при включении транзистора в электрическую цепь. 44

Основные параметры и их ориентировочные значения. Схемы включения и режимы работы. Статические и динамические характеристики и параметры транзисторов. Транзисторы структуры МОП (МДП) специального назначения. 1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 2) выполнить задания и представить их преподавателю в установленном виде отчетности: – выполнить учебно-практические задания (составление таблиц на заданные темы — задание 1); – выполнить учебно-практическое задание (составление диаграммы Венна — задание 2); – подготовиться к лабораторному занятию (задание 3); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 2. Методика выполнения задания При подготовке к выполнению заданий требуется подобрать необходимые дополнительные источники информации по данной тематике. Задания выдаются преподавателем после завершения изучения Тем 1.3 Биполярные транзисторы и 1.4 Полевые транзисторы. Возможно как индивидуальное, так и групповое выполнение заданий. При групповом выполнении задания преподаватель разделяет группу на малые группы (для данного задания не более трех обучающихся) и выдает каждой из них различные варианты задания. При выдаче задания преподаватель должен: – объяснить принцип составления сравнительных таблиц, концептуальных таблиц, построения диаграмм Венна, показать примеры; – назвать рекоменду рекомендуемые емые источники информации; – объявить требования к оформлению (в рабочей тетради, на листах формата А3, в виде компьютерной презентации); – объявить срок и способ сдачи задания (зависит от способа оформления: оформление в рабочей тетради подразумевает проверку преподавателем, презентация — публичную защиту); – объявить критерии оценки.

45

При проверке выполненного задания оцениваются: – полнота и достоверность изложения фактов; – способность выделить общие свойства и различия у сравниваемых объектов; – способность выделить достоинства и недостатки сравниваемых объектов; – аргументированность выбора критериев сравнения объектов; – качество и эстетичность оформления работы. В случае оформления работы в виде электронной презентации оценивается также грамотность и логичность построения доклада при публичной защите. Задания выполняются обучающимися самостоятельно внеа внеаудиудиторно, соблюдая принципы составления и построения сравнительных таблиц, концептуальных таблиц и диаграмм Венна. Задания по теме 1.4: 1) дать сравнительную характеристику полевых, биполярных и IGBT транзисторов после составления сравнительной таблицы, концептуальной таблицы; 2) выстроить диаграмму Венна; 3) подготовиться к лабораторному занятию: оформить работу работу,, указав название, цель и краткий порядок проведения работы. 3. Источники информации: [1, 2, 4] — основной литературы, [6, 7, 8, 10, 14] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [15, 16]. 4. Ожидаемый резу резуль льтат тат В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – общие сведения, классификацию, устройство и принцип действия полевого транзистора; – особенности физических процессов, режима работы и схемы включения транзистора; – специальное назначение транзисторов структуры МОП (МДП); уметь: – использовать нормативно-технические источники при выполнении заданий; 46

– излагать мысли своими словами, в лаконичной форме, делая обзор информации при ответах на вопросы; – собирать, систематизировать, перерабатывать информацию по изучаемой теме и оформлять ее с помощью компьютерных программ. Вопросы для самоконтроля 1. Дайте определение понятию «полевой транзистор». 2. Объясните, чем управляется полевой транзистор. 3. Охарактеризуйте, что называется напряжением отсечки полевого транзистора. 4. Объясните, что называется напряжением насыщения полевого транзистора. Тема 1.5 Тиристоры Содержание учебного ма материала териала Общие сведения, классификация и условное обозначение тиристоров. Устройство и физические процессы в тиристорных структурах. Воль Вольт-амперная т-амперная характеристика динистора. Структура, принцип действия и схемы включения динистора, тринистора, симметричного триодного тиристора. Основные параметры и характеристика тиристоров разных структур. 1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 2) выполнить задания и представить их преподавателю в нужном виде отчетности: – составить план текста (задание 1); – подготовиться к лабораторному занятию (задание 2); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 2. Методика выполнения задания Задание выдается на занятии, предшествующем изучению Темы 1.5 Тиристоры. По примерной программе на изучение данной темы отводится всего два часа теоретических занятий, и такой подход позволяет большую часть теоретического материала вынести на самостоятельное изучение, а занятие посвятить разбору наиболее сложных моментов темы 47

и изучению схем включения тиристоров в системах железнодорожной автоматики (ТШТШ-65К, 65К, БКТ БКТ,, БСК, МКК КТ КТСМСМ-02 02 и т.д.). Подобный вид работы позволяет раскрыть содержание темы, отразить последовательность развития мысли, организу организует ет самоконтроль, сосредотачивает внимание обучающегося. При подготовке к заданиям необходимо: – прочитать текст (представь представьте те мысленно весь материал); – разделить текст на части и выделить в каждой из них главную мысль; – озаглавить части; подбирая заголовки, заменить глаголы именами существительными; – прочитать текст во второй раз и проверить, все ли главные мысли отражены в плане. При проверке выполненного задания оцениваются: – полнота и достоверность заголовков текста, разделов и подразделов; – соответствие структуры плана исходному тексту тексту.. Задания по теме 1.5: 1) составить план текста; 2) подготовиться к лабораторному занятию: оформить работу работу,, указав название, цель и краткий порядок проведения работы. 3. Источники информации: [1, 2, 4] — основной литературы, [6, 7, 8, 10, 14] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [15, 16]. 4. Ожидаемый резу резуль льтат тат В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – общие сведения, классификацию, устройство и принцип действия тиристора; – структуру структуру,, принцип действия и схемы включения динистора, тринистора; уметь: – использовать нормативно-технические источники при выполнении заданий;

48

– излагать мысли своими словами, в лаконичной форме, делая обзор информации при ответах на вопросы; – собирать, систематизировать, перерабатывать информацию по изучаемой теме и оформлять ее в план текста. Вопросы для самоконтроля 1. Назовите, что такое динистор. 2. Назовите, что такое тринистор. 3. Приведите условные графические обозначения различных тринисторов. 4. Объясните, что называется напряжением включения тиристора. 5. Укажите роль управляющего электрода в тринисторе. Тема 1.6 Нелинейные полупроводниковые приборы Содержание учебного ма материала териала Структура, виды и принцип терморезисторов, варисторов и позисторов. Вольт-амперная характеристика терморезисторов, варисторов и позисторов. Условное обозначение нелинейных полупроводниковых приборов. Маркировка и применение терморезисторов, варисторов и позисторов. Болометры, их конструкция, параметры и принцип действия. 1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 2) выполнить задания и представить их преподавателю в нужном виде отчетности: – прочитать текст с маркировкой (задание 1); – составить маркировочную таблицу (задание 2); – подготовиться к лабораторному занятию (задание 3); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 2. Методика выполнения задания Задание выдается на занятии, предшествующем изучению темы 1.6 Нелинейные полупроводниковые приборы, и выполняется индивидуально. Варианты заданий не дифференцируются. При выдаче задания преподаватель должен: – объяснить суть чтения с маркировкой, принцип составления маркировочных таблиц; 49

– объявить требования к оформлению (в рабочей тетради, на листах формата А4); – объявить срок и способ сдачи задания. Описание метода INSERT и принцип построения маркировочной таблицы приведены выше. Данный вид работы является частью технологии развития критического мышления через чтение и письмо (РКМЧП), которая направлена на развитие умений работать с увеличивающимся и постоянно обновляющимся информационным потоком в разных областях знаний, пользоваться различными способами интегрирования информации, задавать вопросы, самостоятельно формулировать гипотезу,, вырабатывать собственное мнение на основе осмысления разтезу личного опыта, идей и представлений, выражать свои мысли (устно и письменно) ясно, уверенно и корректно по отношению к окружающим, аргументировать свою точку зрения и учитывать точки зрения других, брать на себя ответственность и т.д. Результативность Резуль тативность такой работы можно оценить с помощью критериев: – наличие у обучающегося положительного мотива к деятельности в проблемной ситуации («хочу разобраться, хочу попробовать свои силы, хочу убедиться, смогу ли разрешить эту ситуацию...»); – наличие у обучающегося положительных изменений в эмоционально-волевой сфере («испытываю радость, удовольствие от деятельности, мне это интересно, могу усилием воли концентрировать свое внимание...»); – переживание обучающимся субъективного открытия («я сам получил этот резуль результат тат,, я сам справился с этой проблемой, я вывел закон...»); – осознание обучающимся усвоения нового как личностной ценности («лично мне это нужно, мне важно на научиться учиться решать эти задачи, мне будут эти знания нужны...»); – овладение обобщенным способом подхода к решению проблемных ситуаций: анализом фактов, выдвижением гипотез для их объяснения, проверкой их правильности и получением резуль результата тата деятельности. Задания по теме 1.6: 1) прочитать текст с маркировкой; 2) составить маркировочную таблицу; 50

3) подготовиться к лабораторному занятию: оформить работу работу,, указав название, цель и краткий порядок проведения работы. 3. Источники информации: [1, 2, 4] — основной литературы, [6, 7, 8, 10, 14] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [15, 16]. 4. Ожидаемый резу резуль льта татт В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – общие сведения, виды, устройство и принцип работы терморезисторов, варисторов, позисторов; – условные обозначения нелинейных полупроводниковых приборов; – конструкцию, параметры и принцип действия болометров; уметь: – использовать нормативно-технические источники при чтении текста с маркировкой; – излагать мысли своими словами, в лаконичной форме, делая обзор информации при ответах на вопросы; – собирать, систематизировать, перерабатывать информацию по изучаемой теме. Вопросы для самоконтроля 1. Назовите, что такое терморезистор. 2. Назовите, что такое номинальное сопротивление терморезистора. 3. Приведите примеры отличия термисторов и позисторов. 4. Объясните, в чем отличие терморезисторов прямого и косвенного подогрева. 5. Укажите основные параметры терморезисторов. Тема 1.7 Электровакуумные и ионные приборы Содержание учебного ма материала териала Общие сведения и классификация. Устройство, схемы включения и принцип действия электронной лампы — диода и триода. Параметры, характеристики и условное обозначение.

51

Ионные приборы, их назначение, виды, устройство, схемы включения, принцип действия и условное обозначение. Назначение и виды электронно-лучевых приборов, их устройство, принцип получения изображения и условное обозначение. 1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 2) выполнить задания и представить их преподавателю в нужном виде отчетности: – выполнить учебно-практические задания (составление таблиц на заданные темы — задание 1); – выполнить учебно-практическое задание (составление диаграммы Венна — задание 2); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 2. Методика выполнения задания Задания выдаются после завершения изучения Темы 1.7 Электровакуумные и ионные приборы. Возможно как индивидуальное, так и групповое выполнение задания. При групповом выполнении задания преподаватель разделяет группу на малые группы (для данного задания не более трех обучающихся) и выдает каждой из них различные варианты задания. При выдаче задания преподаватель должен: – объяснить принцип составления сравнительных таблиц, концептуальных таблиц, построения диаграмм Венна, показать примеры; – назвать рекоменду рекомендуемые емые источники информации; – объявить требования к оформлению (в рабочей тетради, на листах формата А3, в виде компьютерной презентации); – объявить срок и способ сдачи задания (зависит от способа оформления: оформление в рабочей тетради подразумевает проверку преподавателем, презентация — публичную защиту); – объявить критерии оценки. При проверке выполненного задания оцениваются: – полнота и достоверность изложения фактов; – способность выделить общие свойства и различия у сравниваемых объектов;

52

– способность выделить достоинства и недостатки сравниваемых объектов; – аргументированность выбора критериев сравнения объектов; – качество и эстетичность оформления работы. Задание выполняется обучающимися внеа внеаудиторно. удиторно. Принципы составления сравнительных таблиц, концептуальных таблиц и принципы построения диаграмм Венна приведены выше. Задания по теме 1.7: 1) дать сравнительную характеристику полупроводниковых и электровакуумных приборов в виде составления сравнительной таблицы, концептуальной таблицы; 2) выстроить диаграмму Венна. 3. Источники информации: [1, 2, 4] — основной литературы, [6, 7, 8, 10, 14] — дополнительной литературы, Интернет- ресурсы — [15, 16]. 4. Ожидаемый резу резуль льтат тат В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – общие сведения, классификацию, устройство и принцип действия электронной лампы (диода и триода); – назначение, виды, устройство, схемы включения и принцип действия ионных приборов; – принцип получения изображения; уметь: – использовать нормативно-технические источники при выполнении заданий; – излагать мысли своими словами, в лаконичной форме, делая обзор информации при ответах на вопросы; – собирать, систематизировать, перерабатывать информацию по изучаемой теме и оформлять ее с помощью компьютерных программ. Вопросы для самоконтроля 1. Назовите параметры триода. 2. Объясните, в чем разница между темновым, тлеющим, дуговым, искровым и коронным разрядом. 53

3. Объясните, в чем отличие ЭЛТ с электростатическим и магнитным управлением. Тема 1.8 Оптоэлектронные приборы и приборы отображения информации Содержание учебного ма материала териала Законы фотоэффекта и фотоэлектронной эмиссии. Фотоэлектрические и светоизлучающие приборы: общие сведения и классификация, принцип работы, характеристики, параметры и применение. Общие сведения об оптоэлектронных приборах. Преимущества и недостатки приборов оптоэлектроники. Классификация оптоэлектронных полупроводниковых приборов. Полупроводниковые фотоэлектрические (оптоэлектронные) приборы: принцип работы, характеристики, параметры и применение. Оптроны: принцип работы, характеристики, параметры и применение. Полупроводниковые приборы отображения информации — электролюминесцентные, светодиодные и жидкокристаллические. Условное обозначение и маркировка фотоэлектрических, светоизлучающих приборов, оптронов и приборов отображения информации. 1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 2) выполнить задания и представить их преподавателю в установленном виде отчетности: – выполнить учебно-практические задания (подготовить рефераты, доклады, сообщения на заданные темы — задание 1); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 2. Методика выполнения задания Задание на подготовку рефератов, докладов и сообщений может выдаваться в начале изучения дисциплины. В данном случае препо даватель распределяет темы рефератов между обучающимися. При этом необходимо сообщить срок сдачи задания, в особенности, если предусмотрено публичное выступление обучающегося перед группой. Методика подготовки реферата, доклада, сообщения приведена выше. 54

Подготовка реферата, доклада, сообщения подразумевает работу с несколькими источниками информации. Такой вид деятельности развивает у обучающихся дивергентное мышление — способность понимать и осмысливать многообразие явлений действительности, их свойств и связей между ними. Реферативная работа позволяет обучающему обучающемуся ся приобрести умения работы с информационными источниками, выработать индивидуальные методы по закреплению знаний, развить способности к анализу,, синтезу и творческому мышлению, активизировать интеланализу лектуальную активность и творческий подход к решению учебных задач, формировать основы самодисциплины и потребность в регулярном пополнении знаний. Полученный при работе над рефератом опыт может быть использован при подготовке курсовой и выпу выпускной скной квалификационной работы. Выполненное задание оценивается по следующим критериям (табл. 6). Таблица 6 Критерии оценки Критерии

Показатели

1

2

Оригинальность текста

– актуальность проблемы и темы; – новизна и самостоятельность в постановке проблемы, в формулировании нового аспекта выбранной для анализа проблемы; – наличие авторской позиции, самостоятельность суждений.

Степень раскрытия сущности пробле- – соответствие плана теме реферата; мы – соответствие содержания теме и плану реферата; – полнота и глубина раскрытия основных понятий проблемы; – обоснованность методов работы с материалом; – умение работать с литературой, систематизировать и структурировать материал;

55

Окончание табл. 6 1

2 – умение обобщать, сопоставлять различные точки зрения по рассматриваемому вопросу вопросу,, аргументировать основные положения и выводы.

Обоснованность выбора источников

– круг круг,, полнота использования литературных источников по проблеме; – привлечение новейших работ по проблеме (журнальных публикаций, материалов сборников на научных учных трудов и т.д.).

Соблюдение требований к оформле- – соответствие стандарту организанию ции; – грамотность и куль культура тура изложения; – владение терминологией и понятийным аппаратом проблемы; – соблюдение требований к объему реферата. Грамотность

– отсутствие орфографических и синтаксических ошибок, стилистических погрешностей; – отсутствие опечаток, сокращений слов, кроме общепринятых; – литературный стиль.

Задание по теме 1.8: – подготовить доклады, рефераты, сообщения на темы: «Современные приборы отображения информации»; «Современные тех тех-нологии изготовления LCD матриц»; «Конструкция и особенности LCD экрана моего телефона (монитора, телевизора)». 3. Источники информации: [1, 2, 4] — основной литературы, [6, 7, 10, 14] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [15, 16].

56

4. Ожидаемый резу резуль льта татт В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – законы фотоэффекта; – общие сведения, классификацию, параметры и применение фотоэлектрических и светоизлучающих приборов; – общие сведения об оптоэлектронных приборах; уметь: – использовать нормативно-технические источники при выполнении заданий; – излагать мысли своими словами, в лаконичной форме, делая обзор информации при ответах на вопросы; – собирать, систематизировать, перерабатывать информацию по изучаемой теме и оформлять ее с помощью компьютерных программ. Вопросы для самоконтроля 1. Назовите, что такое фоторезистор. 2. Объясните, что такое темновой ток и сопротивление фоторезистора. 3. Назовите, что такое фотодиод. 4. Перечислите основные параметры фоторезистора.

Раздел 2. Основы схемотехники электронных схем Тема 2.1 Общая характеристика электронных усилителей Содержание учебного ма материала териала Общие сведения об усилителях. Классификация усилителей. Основные технические показатели работы усилителей (эксплуатационные и качественные). 1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 2) выполнить задания и представить их преподавателю в установленном виде отчетности: – выполнить учебно-практические задания (подготовить рефераты, доклады, сообщения на заданные темы — задание 1); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 57

2. Методика выполнения задания Задание на подготовку рефератов, докладов и сообщений может выдаваться в начале изучения темы. В этом случае преподаватель распределяет темы рефератов между обучающимися таким образом, чтобы каждый из них выполнил хотя бы одну подобную работу работу.. При этом необходимо сообщить срок сдачи задания, в особенности, если преду предусмотрено смотрено публичное выступление обучающегося перед группой. Методика подготовки реферата, доклада, сообщения приведена выше. Критерии оценки данного вида работы описаны в Разделе 1 Тема 1.8 Оптоэлектронные приборы и приборы отображения информации (см. табл. 6). Задание по теме 2.1: – подготовить доклады, рефераты, сообщения на темы: «Применение электронных усилителей в устройствах ЖА ЖАТ Т и СЦБ»; «Разновидности и особенности усилителей». 3. Источники информации: [1, 2, 3, 4] — основной литературы, [6, 7, 9, 10, 14] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [15, 16]. 4. Ожидаемый резу резуль льтат тат В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – общие сведения, классификацию, основные технические показатели усилителей; уметь: – использовать нормативно-технические источники при выполнении заданий; – излагать мысли своими словами, в лаконичной форме, делая обзор информации при ответах на вопросы; – собирать, систематизировать, перерабатывать информацию по изучаемой теме и оформлять ее с помощью компьютерных про грамм. 58

Вопросы для самоконтроля 1. Назовите, что такое усилитель. 2. Объясните, что такое усилительный каскад. 3. Перечислите основные параметры усилителей. Тема 2.2 Обратная связь в усилителях Содержание учебного ма материала териала Основные понятия и термины теории обратной связи. Виды обратных связей. Влияние обратной связи на основные технические показатели работы усилителя. 1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 2) выполнить задания и представить их преподавателю в установленном виде отчетности: – выполнить учебно-практическое задание (составить кластер — задание 1); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 2. Методика выполнения задания Задание выдается после изучения Темы 2.2 Обратная связь в усилителях. При выдаче задания преподаватель должен: – объяснить принцип построения кластеров, показать примеры; – назвать рекоменду рекомендуемые емые источники информации; – объявить требования к оформлению (в рабочей тетради, на листах формата А3, в виде компьютерной презентации); – объявить срок и способ сдачи задания; – объявить критерии оценки. Принципы построения кластеров описаны выше. Как и любые другие графические организаторы, кластеры развивают умения систематизировать учебный материал, а также имеют важное значение для систематизации собственных оценочных суждений самими обучающимися, отслеживания самого процесса познания. В процессе выполнения данной работы обучающийся приобретает или совершенствует знания и умения работы с источниками информации. 59

При проверке выполненного задания оцениваются: – полнота описания явления; – аргументированность и логичность выбора ключевых понятий; – качество и эстетичность оформления работы. В случае оформления работы в виде электронной презентации оценивается также грамотность и логичность построения доклада при публичной защите. Задание по теме 2.2: – составить кластер о понятии «Обратная связь». 3. Источники информации: [1, 2, 3, 4] — основной литературы, [6, 7, 9, 10, 14] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [15, 16]. 4. Ожидаемый резу резуль льтат тат В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – основные понятия, виды и термины теории обратной связи; – влияние обратной связи на основные технические показатели работы усилителя; уметь: – использовать нормативно-технические источники при выполнении заданий; – излагать мысли своими словами, в лаконичной форме, делая обзор информации при ответах на вопросы; – организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество. Вопросы для самоконтроля 1. Назовите, что такое обратная связь в усилителе. 2. Перечислите, какие бывают виды обратной связи. 3. Дайте характеристику положительной и отрицательной обратной связи. 4. Объясните, как обратная связь влияет на коэффициент усиления. 60

5. Назовите, как обратная связь влияет на входное и выходное сопротивление усилителя. Тема 2.3 Общие принципы построения и работы схем электрических усилителей Содержание учебного ма материала териала Основные требования к схемам усилителей. Режимы работы усилительных элементов. Работа транзистора в схемах усилителей. Способы электропитания усилительных элементов. Способы подачи смещения в каскадах на биполярных и полевых (униполярных) транзисторах. Схемы смещения фиксированным напряжением делителя и током базы (истока). Общие сведения о стабилизации в усилителях. Термостабилизация и термокомпенсация режимов работы биполярного и полевого транзистора. Общие сведения. Виды и схемотехническая реализация межкаскадных связей: гальваническая (непосредственная), резисторно-емкостная (емкостная), трансформаторная и дроссельно-емкостная. Характеристика усилительных каскадов при разных схемах включения усилительных элементов. Составные транзисторы. 1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 2) выполнить задания и представить их преподавателю в установленном виде отчетности: – выполнить учебно-практическое задание (изобразить графически классификацию электронных усилителей — задание 1); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 2. Методика выполнения задания Задание выдается после изучения Темы 2.1 Общая характеристи ка электронных усилителей и Темы 2.2 Обратная связь в усилителях. При выдаче задания преподаватель должен: – объяснить принципы и методы составления классификаций, показать примеры; – назвать рекоменду рекомендуемые емые источники информации; – объявить требования к оформлению; 61

– объявить срок и способ сдачи задания; – объявить критерии оценки. Классификация как вид графических организаторов подробно описана выше. Самостоятельное структурирование обучающимся новой информации и создание зрительных образов идей, представленных в учебнике, курсе лекций, учебных видео-, аудио- и муль мультимедийных тимедийных материалах, способству способствует ет тщательной проработке учебного материала формированию связей между изученной ранее и новой темой. При проверке выполненного задания оцениваются: – полнота и достоверность изложения фактов; – аргументированность выбора критериев классификации; – качество и эстетичность оформления работы. Задание по теме 2.3: – изобразить графически классификацию электронных усилителей. 3. Источники информации: [1, 2, 3, 4] — основной литературы, [6, 7, 9, 10, 14] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [15, 16]. 4. Ожидаемый резу резуль льтат тат В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – режимы работы усилительных элементов, их отличия, области применения; – методику построения нагрузочных характеристик; – причины изменения режима работы транзистора; уметь: – использовать нормативно-технические источники при выполнении заданий; – излагать мысли своими словами, в лаконичной форме, делая обзор информации при ответах на вопросы; – организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество. 62

Вопросы для самоконтроля 1. Перечислите виды межкаскадных связей. 2. Назовите способы подачи смещения. 3. Объясните, чем обеспечивается температурная стабилизация. Тема 2.4 Виды усилительных каскадов Содержание учебного ма материала териала Конструктивные особенности построения однотактных и двухтактных усилительных каскадов. Построение и принцип работы схем однотактных каскадов усиления для различных схем включения усилительных элементов. Характеристики однотактных усилительных каскадов: фаза выходного сигнала по отношению к входному входному,, коэффициент усиления, входное и выходное сопротивление, частотные свойства каскадов. Построение, принцип работы и характеристики схем двухтактных каскадов усиления: трансформаторные и бестрансформаторные — с параллельным и последовательным управлением, однофазным и двухфазным напряжением, от одного или от двух источников сигнала. Построение, принцип работы и характеристики схем фазоинверсных каскадов: трансформаторный, с разделенной нагрузкой, с эмиттерной связью, с инвертирующим транзистором, на разноструктурных транзисторах. 1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 2) выполнить задания и представить их преподавателю в установленном виде отчетности: – выполнить учебно-практическое задание (выполнить расчет усилительного каскада — задание 1); – подготовиться к лабораторному занятию (задание 2); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 2. Методика выполнения задания Задание выдается перед лабораторной работой «Исследование работы и параметров схем однотактного и двухтактного бестрансформаторных усилительных каскадов» (по Теме 2.4 Виды усилительных каскадов). 63

При выдаче задания преподаватель должен: – объяснить методику расчета; – назвать рекоменду рекомендуемые емые источники информации; – объявить требования к оформлению; – объявить срок и способ сдачи задания. +Е К

RК R1 С Р1

U ВХ

С Р2

VT1 VT 1

RБ

R2

U ВЫХ RЭ

СЭ

Рис. 11. Схема однотактного усилительного каскада

64

I К , мА

I К , мА

PК max

d

а

I б''' I б'''

а iК I КО

А

А

I б'

t

в

в

с

0

U КЭ

0

ЕК

U КЭ , В

iб

t

I б, мкА

0 U бэ, В

I б=0

U ВЫХ t

U ВХ

а А

t U бэ

в I б, мкА I б

0

0

0 Рис. 12. Выбор рабочей точки

Расчет параметров транзистора. По семейству статических входных и выходных характеристик заданного транзистора определите h — параметры транзистора, соответствующие схеме с ОЭ. По входным характеристикам определяются:

h11

=

∆ U бэ ∆Iб

(1) UКЭ =const,;

65

∆ U бэ

h 12 =

∆ U кэ

(2) I б = const,

где ∆Uбэ — приращение напряжения между базой и эмиттером; ∆Uкэ — приращение напряжения между базой и эмиттером; ∆Iб — приращение тока базы. По выходным характеристикам определяются:

h 21

h 22

=

=

∆I

к

∆I

б

∆I

(3) U КЭ = const;,

(4)

к

∆Uк

Iб =const,

где ∆Uкэ — приращение напряжения между базой и эмиттером; ∆Iк — приращение тока коллектора. Найдите входное и выходное сопротивление транзистора: вх т

=Rh11;

R вых Т =

(5) 1

.,

(6)

h 22 Определите коэффициент передачи по току транзистора β: β 21 =. h

(7)

Расчет усилительного каскада по постоянному току графоаналитическим методом. На выходных характеристиках нанесите кривую допу допустимой стимой мощности Pк max, рассеиваемой на коллекторе: P= Uкэ · Iк = const.

к max

66

(8)

Выберите значение напряжения источника питания E в к пределах (0,7–0,9) Uк max (следу следует ет учитывать, что кE≈ 3Um вых и Eк ≈ Uкэо + I ко (Rк + Rэ)). Эту величину в дальнейшем, после выборак ,RRэ, и Um вых, следу следует ет скорректировать. Из условия передачи максимальной мощности от источника энергии к потребителю (согласованный режим) выберите кR≈ Rвых. т. Однако на выход усилителя обычно включается нагрузкан R≤ Rк, поэтому рекоменду рекомендуется ется выбирать кR= (0,3–1)R вых. т так, чтобы его величина лежала в диапазонек R = (0,5–10) кОм. Постройте нагрузочную линию усилительного каскада согласно уравнению: кэ

=U Eк – I к Rк .

(9)

Для этого используйте две точки d и c на выходных характеристиках транзистора (см. рис. 12): кэ

= 0; U

IК =

(10)

ЕК , RК

(11)

для точки d и к

= 0;I

кэ

= EUк

(12) (13)

для точки с. При этом линия нагрузки должна проходить левее и ниже допустимых допу стимых значений Uк max, I к max, и Pк max и обеспечить достаточно протяженный линейный участок переходной характеристики (см. рис. 12). По точкам пересечения линии нагрузки с выходными характеристиками постройте переходную характеристику транзистора I к = f(I б) (см. рис. 12). На переходной характеристике транзистора (с учетом входной характеристики) выберите линейный участок a–b, в диапазоне которого усилитель усиливает без искажения. На середине участка 67

a–b нанесите рабочую точку a, соответствующую режиму работы транзистора по постоянному току току.. По координатам рабочей точки a определите токи и напряжения транзистора в режиме покоя (по постоянному току): боI , I ко , Uбэо, Uкэо . Расчет усилительного каскада по переменному току току.. Определите пределы изменения амплитуд входного тока и напряжения, выходного тока и напряжения в линейном режиме работы усилителя. Найти: бIm, I кm, Uбэm, Uкэm (см. рис. 12). Рядом с графиками входных и выходных характеристик транзистора показать характер изменения токов и напряжений во времени в виде кривых, соответствующих рабочим участкам этих характеристик: Б

= I iБ0 + I Бm sin (ωt);

БЭ

К

КЭ

(ωt); =uU БЭ БЭ0 0 + U БЭm

(14) (15)

= I iК0 + I Кm sin(ωt);

(16)

=uU КЭ + UКЭm (ωt). КЭ0 0

(17)

Расчет параметров элементов усилителя ОЭ. Рассчитайте элементы цепи термостабилизацииЭ Rи СЭ. Увеличение RЭ повышает глубину отрицательной обратной связи во входной цепи усилителя (улучшает термостабилизацию). При этом процессе падает КПД усилителя из-за дополнительных потерь мощности на этом сопротивлении. Обычно выбирают величину падения напряжения на RЭ порядка (0,1–0,3)ЕК , что равносильно выбору RЭ ≈ (0,05–0,15)RК в согласованном режиме работы транзистора. Используя Использу я последнее соотношение выбираем величинуЭ.R Для коллекторно-эмиттерной цепи усилительного каскада в соответствии со вторым законом Кирхгофа можно записать уравнение электрического состояния по постоянному току: к

68

= ЕUкэ + (Rк + Rэ)I ко . о

(18)

Используя выражение (17), скорректируйте значение кЕили велиИспользуя чину Rк . Определите емкость в цепи эмиттераэ С из условия Rэ = (5–10)Х э, где Хэ – емкостное сопротивление элемента эС . При этом: 10

Сэ =

7

,.

(19)

2π ⋅ fн R э

Для исключения шунтирующего действия делителя 1R , R2 на входную цепь транзистора задается сопротивлениеб: R б

= R 1 || R2 = (2–5)R вх

(20) т

и ток делителя: д

= (2–5) I I бо,

(21)

что повышает температурную стабильностьбоU. Исходя из этого, определите сопротивления 1R , и R2, Rб: Uбо R2 = I Д

=

Rэ I ко + Uбэо

I

R1 =

Rб =

Д

E к − U бо I

Д

+ I

(22)

;

;

(23)

.

(24)

бо

R 1R2 R1+ R2

Определите емкость разделительного конденсатора из условия: вх

= (R5–10)Х р,

(25)

где Хр — емкостное сопротивление разделительного конденсатора; Rвх — входное сопротивление каскада. 69

При этом 10

Ср ≈

7

.

(26)

(1 − 2) 2)2 2 π f н Rвх

Определите параметры усилительного каскада. Коэффициент усиления каскада по току K i: Ki = i вых / i вх ≈ β. Входное сопротивление каскада вх R: вх

= Rб || Rвх ,

(27)

т

если Rб >> Rвх , то Rвх ≈ Rвх . т

т

Выходное сопротивление каскада вых R: R вых =

Rк

≈ Rк.

1 + h 22 R к

(28)

Коэффициент усиления по напряжению Kи: КИ = −

U mвых

= −

βR

U mвх

к

.

(29)

R вх

Коэффициент усиления по мощности Kр: р

= КKi К u.

(30)

Полезную выходную мощность каскада: 2

Pвых =

0,5 U mвых

(31)

.

Rк

Полную мощность, расходу расходуемую емую источником питания: P= I ко Ек + I 2Д (R1 + R2) + I 2боR1,

ист

70

(32)

КПД каскада: η = Р вых Р ист

100 % .

(33)

Верхняя и нижняя граничные частоты определяются из соотношения для коэффициента частотных искажений: на нижней частоте:

М

н

Ко

=

К

1

,

(34)

1 + ( ωв τ в ) .

(35)

1+

=

н

( ω н τн )

2

и верхней частоте: М

в

K

о

K

н

=

Обычно выбирается М

н

2

=

=М

в

=

2,

ωвτв = 1,

1 тогда 1 ωн τ н =

и

где τн ≈ Ср (Rвх + Rвых); τ

в

≈C

R вх R вых к

R вх + R вых

, ;

С к — емкость коллекторного перехода.

В резуль результате тате выполнения этой работы обучающийся знакомится с методикой расчета электронных усилителей. Данный вид работы оценивается в рамках всей лабораторной работы. Задания по теме 2.4: 1) выполнить расчет усилительного каскада; 2) подготовиться к лабораторному занятию: оформить работу работу,, указав название, цель и краткий порядок проведения работы. 3. Источники информации: [1, 2, 3, 4] — основной литературы, [6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [15,16]. 71

4. Ожидаемый резу резуль льта татт В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – особенности построения однотактных и двухтактных усилительных каскадов; – методику расчета электронных усилителей; – построение, принцип работы и характеристики схем фазоинверсных каскадов; уметь: – использовать нормативно-технические источники при выполнении заданий; – излагать мысли своими словами, в лаконичной форме, делая обзор информации при ответах на вопросы; – организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество. Вопросы для самоконтроля 1. Перечислите основные требования, предъявляемые к выходным усилительным каскадам. 2. Дайте графическое представление работы двухтактного каскада. 3. Назовите, в чем преимущество двухтактной схемы перед однотактной. 4. Назовите, для чего применяют фазоинверсные каскады. Тема 2.5 Многокаскадные усилители Содержание учебного ма материала териала Особенности построения многокаскадных усилителей. Обратная связь в многокаскадных усилителях. Способы уменьшения паразитных обратных связей. Требования, предъявляемые к схемным решениям каскадов усиления: входному и выходному устройству (каскаду), предварительному усилителю, оконечному (выходному) усилителю. 1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 72

2) выполнить задания и представить их преподавателю в установленном виде отчетности: – выполнить учебно-практическое задание (составить схему — задание 1); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 2. Методика выполнения задания Задание выдается после изучения Темы 2.5 Многокаскадные усилители. Возможно как индивидуальное, так и парное выполнение задания. При выдаче задания преподаватель должен: – объяснить принцип составления структурных схем, показать примеры; – назвать рекоменду рекомендуемые емые источники информации; – объявить требования к оформлению (в рабочей тетради, на листах формата А3, в виде компьютерной презентации); – объявить срок и способ сдачи задания; – объявить критерии оценки. Схема электрическая структурная (код Э1) — схема, определяющая основные функциональные части изделия, их назначение и взаимосвязи. Данные схемы разрабатывают при проектировании изделия на стадиях, предшествующих разработке схем других типов, и пользуются ими для общего ознакомления с изделием. На схеме электрической структурной изображают все основные функциональные части изделия (элементы, устройства и функциональные группы) и основные взаимосвязи между ними. Функциональные части изделия в соответствии с ГОСТ 2.721-74 изображают в виде прямоугольников, с размерами 10×10 или 10×15 мм или УГО, приведенных в соответствующих стандартах. Графическое построение схемы должно давать наглядное представление о последовательности взаимодействия функциональных частей изделия. На линиях взаимосвязей рекоменду рекомендуется ется стрелками обозначать направление хода процессов, происходящих в изделии. На схеме должны быть указаны наименования каждой функциональной части изделия, если для ее обозначения применен прямоугольник. Наименования в этом случае вписывают внутрь прямоугольников в соответствии с рисунком 13. 73

Антенна

Контур

Детектор

Усилитель

Динамик

Источник питания Рис. 13. Пример выполнения структурной схемы с наименованиями

При большом количестве функциональных частей допу допускается скается взамен наименования проставлять порядковые номера справа от изображения или над ним, как правило, сверху вниз в направлении слева направо. В этом случае наименования указывают в таблице произвольной формы, помещаемой на поле схемы в соответствии с рисунком 14. 1

2

3

4

6

5

Рис. 14. Пример выполнения структурной схемы с порядковыми номерами

Таблица 7 Технические характе характеристики ристики

74

Порядковый номер

Наименование

1

Антенна

2

Колебательный контур

3

Детектор

4

Усилитель

5

Источник питания

6

Динамик

Следует обратить внимание на то, что при использовании Следует цифровых обозначений вместо наименований функциональных частей наглядность схемы существенно ухудшается, так как назначение каждой функциональной составной части выясняется не тол только ько по изображению, но и с помощью перечня, приведенного в таблице 7. На схеме допу допускается скается помещать технические характеристики тик и функциональных частей, поясняющие надписи, диаграммы или таблицы, определяющие последовательность процессов во времени, а также указывать параметры в характерных точках (величины напряжений, токов, форсы импульсов и т.п.). На схемах неслож нес ложных ных изделий функциональные части располагают в виде прямой цепочки в соответствии с направлением распространения сигнала слева направо. Схемы изделий, содержащих несколько каналов распространения сигналов, рекомендуется выполнять в виде параллельных горизонтальных цепочек. Дополнительные и вспомогательные цепи при этом необходимо выводить из основных цепей. Для повышения наглядности основные цепи рекоменду рекомендуется ется располагать горизонтально, а дополнительные и вспомогательные — вертикально или горизонтально между основными цепями. В процессе выполнения данной работы у обучающегося формируются практические навыки чтения и анализа принципиальных электрических схем, что является базой для овладения профессиональными компетенциями в соответствии с ФГОС. При проверке выполненного задания оцениваются: – степень соответствия структурной схемы принципиальной; – соответствие стандарту организации и ЕСКД; – качество и эстетичность оформления работы. Задание по теме 2.5: – составить структурную схему многокаскадного усилителя по принципиальной. 3. Источники информации: [1, 2, 3, 4] — основной литературы, [6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [15, 16].

75

4. Ожидаемый резу резуль льта татт В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – особенности построения многокаскадных усилителей; – требования, предъявляемые к схемным решениям каскадов усиления; уметь: – использовать нормативно-технические источники при выполнении заданий; – излагать мысли своими словами, в лаконичной форме, делая обзор информации при ответах на вопросы; – организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество; – анализировать работу станционных, перегонных, микропроцессорных и диагностических систем автоматики по принципиальным схемам. Вопросы для самоконтроля 1. Перечислите виды паразитных обратных связей. 2. Перечислите требования, предъявляемые к многокаскадным усилителям. 3. Поясните причину применения многокаскадных усилителей. 4. Назовите, как определить общий коэффициент усиления многокаскадного усилителя. Тема 2.6 Усилители постоянного тока Содержание учебного ма материала териала Общие сведения и особенности усилителей постоянного тока. Построение и принцип работы схем однотактных и двухтактных УПТ прямого усиления, балансных (двухтактных) УПТ УПТ,, последовательнобалансных каскадов усилителей. Способы включения двухтактного каскада в схемах многокаскадных усилителей постоянного тока. Практические схемы усилителей постоянного тока в устройствах автоматики: особенности построения, межкаскадные связи и работа.

76

1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 2) выполнить задания и представить их преподавателю в установленном виде отчетности: – выполнить учебно-практические задания (составить резюме к тексту — задание 1); – подготовиться к лабораторному занятию (задание 2); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 2. Методика выполнения задания Задание выдается на занятии, предшествующем изучению Темы 2.6 Усилители постоянного тока. Задание выполняется индивидуально. Варианты заданий не дифференцируются, но может быть выдано несколько текстов смежной тематики. При выдаче задания преподаватель должен: – объяснить принцип составления резюме текста; – объявить требования к оформлению, выдать форму рабочего листка (см. п. резюме и парафраз); – объявить срок и способ сдачи задания. Методика подготовки резюме текста приведена выше. Данная форма работы позволяет обучающемуся сделать упор не на запоминание, а на осмысление текста, развивает умение выделять главное, «сжимать» информацию и излагать ее своими словами. При проверке выполненного задания оцениваются: – полнота изложения фактов; – соблюдение логической последовательности изложения; – выявление причинно-следственных связей; – аргументированность выбора ключевых понятий; – грамотность изложения материала. Задания по теме 2.6: 1) составить резюме к тексту «У «Усилители силители постоянного тока»; 2) подготовиться к лабораторному занятию: оформить работу работу,, указав название, цель и краткий порядок проведения работы. 3. Источники информации: [1, 2, 3, 4] — основной литературы, [6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [15, 16]. 77

4. Ожидаемый резу резуль льта татт В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – общие сведения, особенности усилителей постоянного тока; – принцип работы, практические схемы усилителей постоянного тока в устройствах автоматики; уметь: – организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество; – осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития; – ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности. Вопросы для самоконтроля 1. Дайте определение усилителям постоянного тока. 2. Назовите, что такое дрейф нуля усилителя постоянного тока. 3. Поясните причину появления дрейфа нуля в усилителях постоянного тока. 4. Назовите особенности межкаскадных связей в усилителях постоянного тока. Тема 2.7 Генераторы гармонических колебаний Содержание учебного ма материала териала Общая характеристика и классификация генераторов электрических колебаний. Колебательный контур. Свободные колебания в колебательном контуре. Вынужденные колебания в последовательном и параллельном колебательном контуре. Виды параллельных контуров. Вынужденные колебания в связанных контурах. Принцип построения и работы генератора сину синусоидальных соидальных (гармонических) колебаний. Основные понятия и требования к построению генераторов гармонических колебаний. Автогенератор типа LC . Трехточечные схемы автогенераторов типа LC . Стабилизация частоты генераторов типа LC. Кварцевые генераторы и схемы с применением кварцевых стабилизаторов. 78

1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 2) выполнить задания и представить их преподавателю в нужном виде отчетности: – выполнить учебно-практическое задание (изобразить график — задание 1; подготовить реферат реферат,, доклад, сообщение — задание 2; подготовиться к лабораторному занятию — задание 3; подготовиться к контрольной работе — задание 4); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 2. Методика выполнения задания Задание дается перед изучением Темы 2.7 Генераторы гармонических колебаний. При выдаче задания преподаватель должен: – объяснить принципы и методы составления классификаций, показать примеры; – назвать рекоменду рекомендуемые емые источники информации; – объявить требования к оформлению; – объявить срок и способ сдачи задания; – объявить критерии оценки. Методика построения классификации как вида графических организаторов приведена выше. Самостоятельное структурирование обучающимся новой информации и создание зрительных образов идей, представленных в учебнике, курсе лекций, учебных видео-, аудио- и муль мультимедийных тимедийных материалах, способству способствует ет тщательной проработке учебного материала формированию связей между изученной ранее и новой темой. При проверке выполненного задания оцениваются: – полнота и достоверность изложения фактов; – аргументированность выбора критериев классификации; – качество и эстетичность оформления работы. В случае оформления работы в виде электронной презентации оценивается также грамотность и логичность построения доклада при публичной защите. Задания по теме 2.7: 1) изобразить графически классификацию генераторов гармонических колебаний; 79

2) подготовить реферат реферат,, доклад, сообщение на темы: «Г «Генератоенераторы гармонических колебаний в устройствах СЦБ», «Г «Генераторы енераторы гармонических колебаний в устройствах радиосвязи», «Г «Генераторы енераторы гармонических колебаний в сотовой связи»; 3) подготовиться к лабораторному занятию: оформить работу работу,, указав название, цель и краткий порядок проведения работы; 4) подготовиться к контрольной работе. 3. Источники информации: [1, 2, 3, 4] — основной литературы, [6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [15, 16]. 4. Ожидаемый резу резуль льтат тат В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – общую характеристику и классификацию генераторов электрических колебаний; – принцип построения и работы генератора синусоидальных колебаний; – понятие и виды колебательного контура; уметь: – организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество; – осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития; – использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности. Вопросы для самоконтроля 1. Дайте определение генератору генератору.. 2. Начертите структурную схему генератора. 3. Поясните причину стабильности частоты колебаний. 4. Назовите условие баланса амплитуд и фаз в трехточечных схемах генераторов. 5. Объясните условие баланса амплитуд.

80

Раздел 3. Схемотехника цифровых электронных схем Тема 3.1 Общая характеристика и параметры импу импульсных льсных сигналов Содержание учебного ма материала териала Основные понятия и определения импульсных сигналов. Параметры электрических импульсов. Периодическая последовательность импульсов и ее параметры. 1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 2) выполнить задания и представить их преподавателю в нужном виде отчетности: – выполнить учебно-практическое задание (составить кластер — задание 1); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 2. Методика выполнения задания Задание выдается после изучения Темы 3.1 Общая характеристика и параметры импульсных сигналов. При выдаче задания преподаватель должен: – объяснить принцип построения кластеров, показать примеры; – назвать рекоменду рекомендуемые емые источники информации; – объявить требования к оформлению (в рабочей тетради, на листах формата А3, в виде компьютерной презентации); – объявить срок и способ сдачи задания; – объявить критерии оценки. Принципы построения кластеров описаны выше. Как и любые другие графические организаторы, кластеры развивают умения систематизировать учебный материал, а также имеют важное значение для систематизации собственных оценочных суждений самими обучающимися, отслеживания самого процесса познания. В процессе выполнения данной работы обучающийся приобретает или совершенству совершенствует ет навыки работы с источниками информации. При проверке выполненного задания оцениваются: – полнота описания явления; – аргументированность и логичность выбора ключевых понятий; – качество и эстетичность оформления работы. 81

Задание по теме 3.1: – составь составьте те кластер о понятии «Импульсные сигналы». 3. Источники информации: [3, 4, 5] — основной литературы, [8, 9] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [15, 16, 17]. 4. Ожидаемый резу резуль льта татт В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – основные понятия и определения импульсных сигналов; – параметры электрических импульсов; – последовательность импульсов и ее параметры; уметь: – организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество; – осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития; – использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности; – ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности. Вопросы для самоконтроля 1. Дайте определение электрическому импульсу импульсу.. 2. Назовите, какие устройства бывают импульсными. 3. Перечислите параметры импульсного сигнала. 4. Объясните, что называется периодической последовательностью импульсов.

82

Тема 3.2 Основы построения формирующих цепей Содержание учебного ма материала териала Общие сведения о формирующих цепях. Линейные и нелинейные формирующие цепи. Построение и принцип работы линейных формирующих цепей: дифференцирующая и интегрирующая цепи RC-типа. 1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 2) выполнить задания и представить их преподавателю в нужном виде отчетности: – выполнить учебно-практическое задание (составить и решить задачи — задание 1); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 2. Методика выполнения задания Задание выдается после изучения Темы 3.2 Основы построения формирующих цепей. При планировании занятия преподаватель готовит несколько задач с различными исходными данными. Задание выполняется индивидуально. Пример выполнения задания: При замыкании цепи ключом К конденсатор емкостью С = 1000 100 0 мк мкФ Ф начинает заряжаться. Расчетная схема цепи приведена на рисунке 15. Когда напряжение на конденсаторе достигнет значения UПР = 14 В, реле срабатывает (притягивает якорь). При разрыве цепи ключом К (рис. 16), конденсатор начинает разряжаться. Когда напряжение на конденсаторе достигнет значения отпуская ская якорь. UОТП = 4 В, реле обесточивается, отпу Графики переходного процесса при заряде и разряде конденсатора приведены на рисунках 17 и 18 соответственно. Напряжение на зажимах цепи U = 20 В, сопротивление R = 700 Ом. 1. Определить постоянную времени цепи. 2. Определить время замедления на притяжение t отпу отпускание скание 31 и t32 якоря реле. 3. Записать формулы, отражающие переходной процесс при заряде и разряде конденсатора, и рассчитать значение напряжения U t на конденсаторе через время t = 2τ после коммутации цепи. 83

Дано

C

U = 20 В R = 700 Ом + – t =2·τ UПР = 14 В Рис. 15. Расчетная схема (замыкание ключа) U 4В ОТП = С = 1000 мкФ + Найти τ–? t31, t32 – ? R C Ut1, Ut2 – ? К

R

– Рис. 16. Расчетная схема (размыкание ключа)

Решение: 1. Определим постоянную времени цепи: τ = r ∙ C; C;

(36)

-6 τ = 700 · 1000 · 10 = 0,7 c.

2. Рассмотрим переходной процесс при заряде конденсатора, график которого приведен на рисунке 17, а расчетная схема цепи — на рисунке 15. Найдем, через какой интервал времени после коммутации цепи напряжение на конденсаторе достигнет значения ПРU — 14 В. На графике найдем точку точку,, соответствующую этому значению, и опу опустим стим перпендикуляр на ось τ: t31 = 1,2 · τ = 1,2 · 0,7 = 0,84 c. 3. Запишем уравнение изменения напряжения при коммутации цепи: −

u1 = U ⋅ 1 − e

84

t τ

.

(37)

t

U, В

U, В

15.0

15.0

10.0

10.0

5.0

5.0

0.0

1

2

3

4 t, c

0.0

Рис. 17. Переходный процесс при замыкании цепи

1

2

3

4

t, c

Рис. 18. Переходный процесс при размыкании цепи

4. Рассчитаем значение напряжения при заряде конденсатора в момент времени t= 2 · τ: −

Ut 1 = U⋅ 1− e −

= 20 ⋅ 1 − e

2τ τ

t

−

= 20 ⋅ 1− e

τ

2τ τ

= 20⋅ (1− e− 2 ) = − 20⋅( 1− 0,135 ) − 20⋅ 0,865 − 17,3 В.

−

= 20⋅( 1− e 2 ) = − 20⋅( 1− 0,135 ) − 20⋅ 0,865 − 17,3 В.

5. Рассмотрим переходной процесс при разряде конденсатора, график которого приведен на рисунке 18. Найдем, через какой интервал времени после коммутации цепи напряжение на конденсаторе уменьшится до значенияОТП U = 4 В. На графике найдем точку точку,, соответствующую этому значению, и опу опустим стим перпендикуляр на ось τ: t32 = 1,6 · τ = 1,6 · 0,7 = 1,12 с. 6. Запишем уравнение изменения напряжения при разряде конденсатора: − t

τ u= U ⋅e .

(38)

7. Рассчитаем значение напряжения при разряде конденсатора в момент времени t= 2 · τ: −

Ut 2 = U⋅ e

t τ

−

= 20⋅ e

2τ

τ

= 20⋅e

−2

= 20⋅ 0,135 = 27В .

85

В процессе выполнения данной работы у обучающегося формируются практические навыки решения задач и анализа принципиальных электрических схем, что является базой для овладения профессиональными компетенциями в соответствии с ФГОС. Задание по теме 3.2: – составить и решить задачи по теме: «Расчет переходных процессов», использу используя я пример выполнения задания. 3. Источники информации: [3, 4, 5] — основной литературы, [8, 9] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [15, 16, 17]. 4. Ожидаемый резу резуль льтат тат В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – общие сведения о формирующих цепях; – построение и принцип работы линейных цепей; уметь: – организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество; – осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития; – анализировать работу станционных, перегонных, микропроцессорных и диагностических систем автоматики по принципиальным схемам. Вопросы для самоконтроля 1. Дайте определение формирующей цепи. 2. Назовите, какие формирующие цепи бывают линейными. 3. Объясните, какие формирующие цепи бывают нелинейными.

86

Тема 3.3 Электронные ключи и методы формирования импульсных импу льсных сигналов Содержание учебного ма материала териала Общие сведения об электронных ключах как формирующих нелинейных цепях. Основные понятия о диодных и транзисторных ключах, их виды. Принципы построения и работа диодных ключей. Принципы построения и работы транзисторных ключей на биполярных и полевых транзисторах. Транзисторные ключи с внешним источником смещения. Транзисторный переключатель тока. Диодные и транзисторные ограничители однополярного и двухполярного сигнала. 1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 2) выполнить задания и представить их преподавателю в нужном виде отчетности: – подготовить реферат реферат,, доклад, сообщение на заданную тему (задание 1); – выполнить письменное задание (составить опорный конспект по плану — задание 2); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 2. Методика выполнения задания Задание по подготовке рефератов, докладов и сообщений может выдаваться за две недели до начала изучения соответствующей темы. Необходимо сообщить срок сдачи задания, в особенности если преду предусмотрено смотрено публичное выступление обучающегося перед группой. Задание на составление опорного конспекта выдается на занятии, предшествующем Теме 3.3 Электронные ключи и методы формирования импульсных сигналов. Использование опорных конспектов является одним из средств реализации деятельностного подхода. Опорные конспекты как средство обучения способствуют осмысленному усвоению понятий, формированию глубоких знаний, их систематизации. Кроме того, использование опор предполагает управление познавательной деятельностью обучающихся, развитие у них умений самостоятельной работы, самоконтроля. 87

Составление опорных конспектов развивает память, логическое мышление, способность к анализу анализу,, монологическую речь, раскрывает творческий потенциал, индивидуальные способности обучающихся. Кроме того, подготовка опорного конспекта до занятия позволяет преподавателю сократить время на объяснение фактологического материала, избежать переписывания учебника под диктовку преподавателя и организовать занятие в активной или интерактивной форме. Задание предполагается индивидуальным и не дифференцированным по вариантам. При выдаче задания преподаватель должен: – объяснить принцип составления опорных конспектов; – выдать примерный план конспекта; – назвать рекоменду рекомендуемые емые источники информации; – объявить требования к оформлению (в рабочей тетради или в текстовом редакторе); – объявить срок и способ сдачи задания; – объявить критерии оценки. Методика подготовки реферата, доклада, сообщения приведена выше. Опорный конспект составляется с использованием рекомендованных преподавателем источников информации. Обучающийся разбирает каждый тип ключевых схем, описываемый в источниках информации, по примерному плану: 1. Название. 2. Принципиальная схема. 3. Значимые электрические и временные характеристики. 4. Особенности конструкции и работы. 5. Область применения. Критерии оценки данного вида работы описаны в Разделе 1 Тема 1.8 Оптоэлектронные приборы и приборы отображения информации. Задания по теме 3.3: 1) подготовить реферат реферат,, доклад, сообщение на одну из тем: – «ШИМ и ШИМ-контроллеры в современной технике»; – «Аналоговые ключи и их применение в современной технике»;

88

– «Аналоговые коммутаторы и их применение в современной технике»; – «Цифровые ключи и их применение в современной технике»; – «Цифровые коммутаторы и их применение в современной технике»; 2) составить опорный конспект темы: «Характеристика ключевых схем различных типов» по плану плану.. 3. Источники информации: [3, 4, 5] — основной литературы, [8, 9] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [15, 16, 17]. 4. Ожидаемый резу резуль льтат тат В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – общие сведения, основные понятия, принципы построения и работы диодных ключей; – принципы построения и работы транзисторных ключей; – диодные и транзисторные ограничители однополярного и двухполярного сигнала; уметь: – организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество; – принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность; – осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития; – использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности; – самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации. Вопросы для самоконтроля 1. Объясните, что такое электронный ключ. 2. Назовите, что такое ограничитель амплитуды. 89

3. Объясните, что является основой электронного ключа. 4. Назовите переключатель тока. Тема 3.4 Триггеры Содержание учебного ма материала териала Общие сведения и классификация триггеров. Основные условия построения триггеров на дискретных элементах. Симметричный триггер с коллекторно-базовыми связями. Статическое (устойчивое) состояние самовозбуждения триггера. Состояние устойчивости симметричного триггера. Статическое управление симметричным триггером. Динамическое управление симметричным триггером. Несимметричные триггеры. Применение триггеров. Условные графические и символические обозначения триггеров. Правила определения состояния триггера. 1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 2) выполнить задания и представить их преподавателю в установленном виде отчетности: – составить вопросы (задание 1); – выполнить письменное задание (построение диаграмм — задание 2); – выполнить учебно-практическое задание (подготовка к лабораторному занятию — задание 3); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 2. Методика выполнения задания Задание на составление вопросов выдается перед изучением Темы 3.4 Триггеры, задание на построение временных диаграмм — после. Задание на построение временных диаграмм рекоменду рекомендуется ется дифференцировать по вариантам. Оба задания выполняются индивидуально. При выдаче задания преподаватель должен: – объяснить принцип составления вопросов и построения временных диаграмм; 90

– выдать примерный план конспекта; – назвать рекоменду рекомендуемые емые источники информации; – объявить требования к оформлению (в рабочей тетради или в текстовом редакторе); – объявить срок и способ сдачи задания; – объявить критерии оценки. Типы, характеристика и примеры составления вопросов описаны выше. Проанализируйте схему триггера (рис. 19). Учитывая изменение напряжения на входах R и S триггера (рис. 20),, постройте графики изменения напряжения на выходах Q и Q. 20)

R К1

Q

RК2

+Е С У2

СУ1

RБ2

RБ1

VT1 VT 1

Q

VT2 VT 2 R СМ СМ2 2

Reset

RСМ СМ1 1

Set

ЕСМ Рис. 19. Схема симметричного триггера

91

S

R

Q

Q

Рис. 20. График изменения напряжений на входах

Задание направлено на развитие умения самостоятельно формулировать простые и сложные вопросы к изучаемой теме, а также для формулировки вопросов до знакомства с новой информацией, когда тема уже обозначена. Построение временных диаграмм направлено на развитие навыков анализа электронных схем и формирование профессиональной компетенции. При проверке задания на составление вопросов оценивается: – соответствие вопросов заданным критериям (тематике, сложности и т.д.); – лексическая и техническая грамотность. Временные диаграммы имеют однозначный верный вариант построения, поэтому могут оцениваться как верно/неверно. Задания по теме 3.4: 1) составить пять вопросов различных типов к тексту «Т «Триггеры»; риггеры»; 2) построить временную диаграмму работы триггера; 3) подготовиться к лабораторному занятию: оформить работу работу,, указав название, цель и краткий порядок проведения работы. 3. Источники информации: [3, 4, 5] — основной литературы, [8, 9, 10, 13] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [15, 16, 17]. 92

4. Ожидаемый резу резуль льта татт В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – особенности, классификацию и условия построения триггеров; – условия управления триггерами; уметь: – использовать нормативно-технические источники при выполнении заданий; – излагать мысли своими словами, в лаконичной форме, делая обзор информации при ответах на вопросы; – организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество. Вопросы для самоконтроля 1. Дайте определение триггеру триггеру.. 2. Назовите, какие триггеры бывают симметричными. 3. Объясните, какие триггеры бывают несимметричными. Тема 3.5 Импу Импульсные льсные генераторы Содержание учебного ма материала териала Общие сведения об импульсных генераторах и их классификация. Общие сведения о генераторах прямоугольных импульсов. Принцип построения и работа схемы самовозбуждающегося муль мультивибратора тивибратора с коллекторно-базовыми связями и муль мультивибратора тивибратора в ждущем режиме. Блокинг-генератор: общие сведения, принцип построения и работа схемы автоколебательного (самовозбуждающегося) и ждущего блокинг-генератора. Двухтактный автоколебательный преобразователь постоянного напряжения в переменное. 1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 2) выполнить задания и представить их преподавателю в нужном виде отчетности: – выполнить письменное задание (построение блок-схемы — задание 1); 93

– выполнить учебно-практическое задание (подготовка к лабораторному занятию — задание 2); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 2. Методика выполнения задания Задание выдается после изучения Темы 3.5 Импульсные генераторы. Возможно как индивидуальное, так и групповое выполнение задания. При групповом выполнении задания преподаватель разбивает группу на малые группы (для данного задания не более трех обучающихся). При выдаче задания преподаватель должен: – объяснить принцип построения блок-схем или других графических организаторов последовательности, показать примеры; – назвать рекоменду рекомендуемые емые источники информации; – объявить требования к оформлению (в рабочей тетради, на листах формата А3, в виде компьютерной презентации); – объявить срок и способ сдачи задания; – объявить критерии оценки. Графические организаторы последовательностей описаны выше. Выполнение такого задания развивает умение систематизировать учебный материал, а также имеет большое значение для систематизации собственных оценочных суждений самими обучающимися, отслеживания самого процесса познания. В процессе выполнения данной работы обучающийся приобретает или совершенствует вершенству ет навыки работы с источниками информации. При проверке выполненного задания оцениваются: – полнота описания явления; – аргументированность и логичность выбора ключевых понятий; – качество и эстетичность оформления работы. В случае оформления работы в виде электронной презентации оценивается также грамотность и логичность построения доклада при публичной защите. Задания по теме 3.5: 1) построить графическое изображение (блок-схему) последовательности работы блокинг-генератора; 2) подготовиться к лабораторному занятию: оформить работу работу,, указав название, цель и краткий порядок проведения работы. 94

3. Источники информации: [3, 4, 5] — основной литературы, [8, 9, 10, 13] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [15, 16, 17]. 4. Ожидаемый резу резуль льта татт В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – общие сведения и классификацию импульсных генераторов и генераторов прямоугольных импульсов; – принцип построения и работу схемы самовозбуждающегося мультивибратора; муль тивибратора; – общие сведения, принцип построения и работа схемы автоколебательного (самовозбуждающегося) и ждущего блокинг-генераторов; уметь: – использовать нормативно-технические источники при выполнении заданий; – осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития; – организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество. Вопросы для самоконтроля 1. Дайте определение муль мультивибратора. тивибратора. 2. Объясните, что такое блокинг-генератор. 3. Перечислите способы улучшения формы импульсов.

Раздел 4. Основы микроэлектроники Тема 4.1 Основы функциональной микроэлектроники Содержание учебного ма материала териала Общие сведения о микроэлектронике. Терминология и классификация интегральных микросхем (ИМС). Система обозначений ИМС. Основные понятия о конструктивно-технологических особенностях изготовления интегральных микросхем. Основные понятия о ме95

тодах изоляции элементов и компонентов и методах формирования активных и пассивных элементов и компонентов в ИМС. Схемотехнические особенности в ИМС. 1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 2) выполнить задания и представить их преподавателю в нужном виде отчетности: – выполнить задание 1 (прочитать текст с маркировкой); – выполнить учебно-практическое задание (составить таблицу — задание 2); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 2. Методика выполнения задания Задание выдается на занятии, предшествующем изучению Темы 4.1 Основы функциональной микроэлектроники (Приложение Б). Задание выполняется индивидуально. Варианты заданий не дифференцируются. При выдаче задания преподаватель должен: – объяснить суть чтения с маркировкой, принцип составления маркировочных таблиц; – объявить требования к оформлению (в рабочей тетради, на листах формата А4); – объявить срок и способ сдачи задания. Описание метода INSERT и принцип построения маркировочной таблицы приведены выше. Данный вид работы является частью технологии развития критического мышления через чтение и письмо (РКМЧП), которая направлена на развитие умений работать с увеличивающимся и постоянно обновляющимся информационным потоком в разных областях знаний, пользоваться различными способами интегрирования информации, задавать вопросы, самостоятельно формулировать гипотезу гипотезу,, вырабатывать собственное мнение на основ основе е осмысления различного опыта, идей и представлений, выражать свои мысли (устно и письменно) ясно и уверенно, аргументировать свою точку зрения и учитывать точки зрения других. Результативность Резуль тативность такой работы можно оценить с помощью критериев: 96

– наличие у обучающегося положительного мотива к деятельности в проблемной ситуации («хочу разобраться, хочу попробовать свои силы, хочу убедиться смогу ли разрешить эту ситуацию...»); – наличие у обучающегося положительных изменений в эмоционально-волевой сфере («испытываю радость, удовольствие от деятельности, мне это интересно, могу усилием воли концентрировать свое внимание...»); – переживание обучающимся субъективного открытия («я сам получил этот резуль результат тат,, я сам справился с этой проблемой, я вывел закон...»); – осознание обучающимся усвоения нового как личностной ценности («лично мне это нужно, мне важно научиться решать эти задачи, мне будут эти знания нужны...»); – овладение обобщенным способом подхода к решению проблемных ситуаций: анализом фактов, выдвижением гипотез для их объяснения, проверкой их правильности и получением резуль результата тата деятельности. Задания по теме 4.1: 1) прочитать текст с маркировкой; 2) составить маркировочную таблицу таблицу.. 3. Источники информации: [3, 4, 5] — основной литературы, [8, 9, 10, 13] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [15, 16, 17]. 4. Ожидаемый резу резуль льтат тат В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – общие сведения, терминологию, классификацию интегральных микросхем (ИМС) и систему обозначений ИМС; – основные понятия о конструктивно-технологических особенностях изготовления интегральных микросхем; – основные понятия о методах изоляции элементов; – схемотехнические особенности в ИМС; уметь: – использовать нормативно-технические источники при выполнении заданий; 97

– осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития; – организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество; – ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности. Вопросы для самоконтроля 1. Дайте определение ИМС. 2. Назовите, что такое степень интеграции ИМС. 3. Перечислите достоинства и недостатки ИМС. 4. Назовите элементы ИМС. 5. Объясните, в чем состоит отличие гибридной и пленочной ИМС. Тема 4.2 Аналоговые интегральные микросхемы Содержание учебного ма материала териала Общие сведения и применение аналоговых микросхем. Особенности схемотехнических решений аналоговых интегральных микросхем (АИМС). Варианты схемотехнических решений АИМС: генераторы стабильного тока (ГСТ), составные транзисторы, динамическая нагрузка, схемы сдвига уровня, дифференциальные и выходные каскады. Операционные усилители: назначение, характеристика, структурные схемы и обозначение операционных усилителей (ОУ). Технические показатели и анализ построения практических схем ОУ. 1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 2) выполнить задания и представить их преподавателю в нужном виде отчетности: – выполнить задание 1 (подготовить реферат реферат,, доклад, сообщение на заданную тему); – выполнить учебно-практическое задание (составить графическое изображение — задание 2); 98

– выполнить учебно-практическое задание (подготовка к лабораторному занятию — задание 3); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 2. Методика выполнения задания Задание на подготовку рефератов, докладов и сообщений может выдаваться в начале изучения темы. При этом необходимо сообщить срок сдачи задания, в особенности, если предусмотрено публичное выступление обучающегося перед группой. Методика подготовки реферата, доклада, сообщения, графических изображений и подготовки к лабораторному занятию приведена выше. Критерии оценки данного вида работы описаны в Разделе 1 Тема 1.8 Оптоэлектронные приборы и приборы отображения информации. Задания по теме 4.2: 1) подготовить реферат реферат,, доклад, сообщение на одну из тем: «Операционные усилители»; «Линейные стабилизаторы напряжения (КР КР1170ЕН12, 1170ЕН12, LM LM317) 317)»; »; «У «Усилители силители мощности низкой частоты (LA LA4420, 4420, К174УН5) 174УН5)»; »; «Стерео и многоканальные (5.1, 7.1) усилители»; «Регуляторы тембра (К174УН10) 174УН10)»; »; «Датчики давления в интегральном исполнении»; «Датчики магнитного поля в интегральном исполнении»; «Датчики температуры в интегральном исполнении»; «Г «Генераторы енераторы сигналов в интегральном исполнении»; «Фильтры «Филь тры в интегральном исполнении»; 2) составить графическое изображение классификации АИМС; 3) подготовиться к лабораторному занятию: оформить работу работу,, указав название, цель и краткий порядок проведения работы. 3. Источники информации: [3, 4, 5] — основной литературы, [8, 9, 10, 13] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [15, 16, 17]. 4. Ожидаемый резу резуль льтат тат В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – общие сведения и применение аналоговых микросхем; – особенности и варианты схемотехнических решений (АИМС); 99

– основные понятия о генераторах стабильного тока (ГСТ); – назначение, характеристику характеристику,, структурные формы и обозначение операционных усилителей (ОУ); уметь: – использовать нормативно-технические источники при выполнении заданий; – осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития; – организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество; – ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности. Вопросы для самоконтроля 1. Назовите, какие ИМС относятся к аналоговым. 2. Укажите назначение ГСТ ГСТ.. 3. Перечислите основные параметры ОУ. 4. Назовите, что такое ОУ. 5. Объясните, какой ОУ называется идеальным. Тема 4.3 Цифровые интегральные микросхемы (ЦИМС) Содержание учебного ма материала териала Общие сведения о ЦИМС. Логика представления информации в цифровой форме. Классификация цифровых интегральных микросхем. Понятия о логических функциях, элементах и логических устройствах в ЦИМС. Основные характеристики и параметры логических элементов. Статические схемы логических элементов МОП-структуры. Квизистические схемы логических элементов на КМОПТ КМОПТЛ-струкЛ-структурах. Динамические схемы логических элементов на МОПТЛструктурах. Схемные решения основных логических элементов: диоднорезисторные (ДР ДРЛ), Л), резисторно-транзисторные (РТЛ), диоднотранзисторные (ДТЛ), транзисторно-транзисторные (ТТ ТТЛ), Л), эмиттерно-связанные, интегральные инжекционные (И2Л), на полевых транзисторах МОП- или МДП-структуры. 100

1. Методика выдачи задания: 1) изучить методические рекомендации, изложенные выше; 2) выполнить задания и представить их преподавателю в нужном виде отчетности: – выполнить учебно-практические задания (составление таблиц на заданные темы — задание 1); – выполнить учебно-практическое задание (составление диаграммы Венна — задание 2); 3) ответить на вопросы для самоконтроля. 2. Методика выполнения задания При планировании занятий преподаватель подбирает необходимые дополнительные источники информации по данной тематике, готовит несколько вариантов задания. Задание выдается перед изучением Темы 4.3 Цифровые интегральные микросхемы (ЦИМС). Возможно как индивидуальное, так и групповое выполнение задания. При групповом выполнении задания преподаватель разделяет группу на малые группы (для данного задания не более трех обучающихся) и выдает каждой из них различные варианты задания. При выдаче задания преподаватель должен: – объяснить принцип составления сравнительных таблиц, концептуальных таблиц, построения диаграмм Венна, показать примеры; – назвать рекоменду рекомендуемые емые источники информации; – объявить требования к оформлению (в рабочей тетради, на листах формата А3, в виде компьютерной презентации); – объявить срок и способ сдачи задания (зависит от способа оформления: оформление в рабочей тетради подразумевает проверку преподавателем, презентация — публичную защиту); – объявить критерии оценки. Задание выполняется обучающимися внеа внеаудиторно. удиторно. Принципы составления построения сравнительных таблиц, концептуальных таблиц, принципы построения диаграмм Венна приведены выше. Критерии сравнения объектов обучающиеся должны определить самостоятельно. В процессе выполнения данной работы обучающийся приобретает или совершенствует навыки работы с источниками информации, навыки анализа и реструктуризации информации. 101

Задания по теме 4.3: 1) дать сравнительную характеристику различных типов логики (ТТЛ, ТТ ТТЛШ, ЛШ, И2Л, ЭСЛ, n-МОП, p-МОП, КМОП после составления сравнительной таблицы, концептуальной таблицы; 2) выстроить диаграмму Венна. 3. Источники информации: [3, 4, 5] — основной литературы, [8, 9, 10, 13] — дополнительной литературы, Интернет-ресурсы — [15, 16, 17]. 4. Ожидаемый резу резуль льта татт В резуль результате тате освоения темы обучающийся должен знать: – общие сведения, классификацию, параметры ЦИМС; – особенности статических, квизистических и динамических схем; – схемные решения основных логических элементов; уметь: – использовать нормативно-технические источники при выполнении заданий; – излагать мысли своими словами, в лаконичной форме, делая обзор информации при ответах на вопросы; – собирать, систематизировать, перерабатывать информацию по изучаемой теме и оформлять ее с помощью компьютерных программ. Вопросы для самоконтроля 1. Назовите, что такое ЦИМС. 2. Объясните, что называется логической функцией. 3. Объясните, что называется логическим элементом. 4. Перечислите параметры логических элементов. 5. Дайте классификацию цифровых интегральных микросхем.

102

Перечень рекоме рекоменду ндуемой емой литера литературы туры Основные источники: 1. Водовозов A.M. Основы электроники [Текст]: Учебное пособие / A.M. Водовозов. — М.: Инфра-Инженерия, 2016. — 140 c. 2. Горошков Б.И Б.И.. Электронная техника [Текст]: Учебное пособие / Б.И. Горошков, А.Б. Горошков. — М.: Академия, 2012. — 320 с. 3. Разинкин В.П В.П.. Электроника. Ч. Ч.2 2 [Текст]: Учебное пособие / В.П. Разинкин. — Новосибирск: НГТУ НГТУ,, 2014. — 106 c. 4. Фролов В.А. Электронная техника. Ч. Ч.1. 1. Электронные приборы и устройства [Текст]: Учебник / В.А. Фролов. — М.: ФГБО ФГБОУ У «У «Учебчебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2015. — 532 c. 5. Фролов В.А. Электронная техника. Ч. Ч.2. 2. Схемотехника электронных схем [Текст]: Учебник / В.А. Фролов. — М.: ФГБО ФГБОУ У «У «Учебчебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2015. — 612 c. Дополнительные источники: 6. Акимова Г.Н. Электронная техника [Текст]: Учебник / Г.Н. Акимова. — М.: УМЦ МПС России, 2003. — 290 с. 7. Акимова Г.Н. Электронная техника (CD-R CD-ROM). OM). — М.: ГО ГОУ У «Учебно-методический «У чебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2005. 8. Браммер Ю.А. Импульсные и цифровые устройства [Текст]: Учебник / Ю.А. Браммер, И.Н. Пащук. — М.: Высшая школа, 2003. — 351 с. 9. Дунаев С.Д. Электроника, микроэлектроника и автоматика [Текст]: Учебник / С.Д. Дунаев. — М.: УМЦ МПС России, 2003. — 336 с. 10. Лачин В.И В.И.. Электроника [Текст]: Учебное пособие / В.И. Лачин, Н.С. Савелов. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2010. — 704 с. 11. Левина Л.М. Организация самостоятельной работы студентов в условиях перехода на двухуровневую систему высшего профессионального образования [Текст]: Методическое пособие / Л.М. Левина. — Н. Новгород: НГУ им. Н.И. Лобачевского, 2010. — 96 с. 12. Мизерная З.А. Электронная техника [Текст]: Учебное пособие / З.А. Мизерная. — М.: ГО ГОУ У «У «Учебно-методический чебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2006. — 408 с. 103

13. Сиренький И.В. Электронная техника [Текст]: Учебник / И.В. Сиренький, В.В. Рябинин, С.Н. Голощапов. — СПб.: Питер, 2006. — 416 с. 14. Журнал «Электроника: на наука, ука, технология, бизнес». 2004, № 7. Интернет-ресурсы: 15. Материалы сайта www www..menobr menobr..ru. 16. Материалы сайта www www..elektro-journal.ru. 17. Материалы сайта www www..radio.ru.

104

Приложение А Текст к вводному занятию «История развития электронной техники» Электроника представляет собой бурно развивающуюся отрасль на науки уки и техники. Она изучает физические основы и практическое применение различных электронных приборов. К физической электронике относят электронные и ионные процессы в газах и проводниках. К технической электронике относят изучение устройства электронных приборов и их применение. Область, посвященная применению электронных приборов в промышленности, называется промышленной электроникой. К этой области можно отнести и системы железнодорожной автоматики. Современный этап развития техники характеризу характеризуется ется все возрастающим проникновением электроники во все сферы жизни и деятельности людей. По данным американской статистики, до 80 % от объема всей промышленности занимает электроника. Достижения в области электроники способствуют успешному решению сложнейших на научно-технических учно-технических проблем, повышению эффективности на научных учных исследований, созданию новых видов машин и оборудования, разработке эффективных технологий и систем управления, получению материалов с уникальными свойствами, совершенствованию процессов сбора и обработки информации. Охватывая широкий круг научно-технических и производственных проблем, электроника опирается на достижения в различных областях знаний. При этом, с одной стороны, электроника ставит задачи перед другими на науками уками и производством, стимулиру стимулируя я их дальнейшее развитие, и с другой стороны, вооружает их качественно новыми техническими средствами и методами исследования. Фундамент электроники был заложен трудами физиков в XVIII– XIX вв. Первые в мире исследования электрических разрядов в воздухе осуществили академики М.В. Ломоносов и Г.В. Рихман в России и, независимо от них, американский ученый Франкель. В 1743 г. Ломоносов в оде «Вечерние размышления о божьем величии» изложил идею об электрической природе молнии и северного сияния. Уже в 1752 г. Франкель и Ломоносов показали на опыте с помощью «громовой машины», что гром и молния представляют собой мощные электрические разряды в воздухе. Ломоносов устано105

вил также, что электрические разряды имеются в воздухе и при отсутствии грозы, так как и в этом случае из «громовой машины» можно было извлекать искры. «Г «Громовая ромовая машина» представляла собой Лейденскую банку банку,, установленную в жилом помещении, одна из обкладок которой была соединена проводом с металлической гребенкой или острием, укрепленным на шесте во дворе. В 1753 г. во время опытов молнией, попавшей в шест шест,, был убит профессор Г.В. Рихман, проводивший исследования. Ломоносов создал общую теорию грозовых явлений, представляющую собой прообраз современной теории гроз. Ломоносов исследовал также свечение разряженного воздуха под действием машины с трением. В 1802 г. профессор физики Петербургской медико-хирургической академии Василий Владимирович Петров впервые, за несколько лет до английского физика Дэви, обнаружил и описал явление электрической дуги в воздухе между двумя угольными электродами. Кроме этого фундаментального открытия, Петрову принадлежит описание разнообразных видов свечения разряженного воздуха при прохождении через него электрического тока. Свое открытие Петров описывает так: «Если на стеклянную плитку или скамеечку со стеклянными ножками будут положены 2 или 3 древесных угля, и если металлическими изолированными направителями, сообщенными с обоими полюсами огромной батареи, приближать оные один к другому на расстоянии от одной до трех линий, то является между ними весьма яркий белого цвета свет или пламя, от которого оные угли скорее или медлительнее разгораются, и от которого темный покой освещен быть может». Работы Петрова были истолкованы только на ру русском сском языке, зарубежным ученым они были не доступны. В России значимость работ не была оценена, и они были забыты. Поэтому открытие дугового разряда было приписано английскому физику Дэви. Начавшееся изучение спектров поглощения и излучения различных тел привело немецкого ученого Плюккера к созданию Гейслеровых трубок. В 1857 г. Плюккер установил, что спектр Гейслеровой трубки, вытянутой в капилляр и помещенной перед щелью спектроскопа, однозначно характеризу характеризует ет природу заключенного в ней газа, и открыл первые три линии так называемой Бальмеровской спектральной серии водорода. Ученик Плюккера Гитторф изучал тлеющий разряд и в 1869 г. опубликовал серию исследований электропроводимости газов. Ему совместно с Плюккером принадлежат пер106

вые исследования катодных лучей, которые продолжил англичанин Крукс. Существенный сдвиг в понимании явления газового разряда был вызван работами английского ученого Томсона, открывшего существование электронов и ионов. Томсон создал Кавендишскую лабораторию, откуда вышел ряд физиков-исследователей электрических зарядов газов (Таундсен, Астон, Резерфорд, Крукс, Ричардсон). В дальнейшем эта школа внесла крупный вклад в развитие электроники. Из ру русских сских физиков над исследованием дуги и практическим ее применением для освещения работали: П.Н. Яблочков (1847–1894), В.Н. Чиколев (1845–1898), Н.Г Н.Г.. Славянов (сварка, переплавка металлов дугой), Н.Н. Бенардос (применение дуги для освещения). Несколько позднее исследованием дуги занимались Д.А. Лачинов и В.Ф. Миткевич. В 1905 г. Миткевич уста станов новил ил при природ роду у процессов на катоде дугового разряда. Несамостоятельным разрядом воздуха занимался А.Г А.Г.. Столетов. Во время его классического исследования фотоэффекта в Московском университете Столетов для эксперимента построил «возду «во здушн шный ый элемент» с двумя электродами в воздухе, дающий электр эле ктричес ический кий то токк бе безз включения в цепь посторонних ЭДС только при вн внешн ешнем ем освещении катода. Столетов назвал этот эффект актино акт иноэлек электри тричес ческим. ким. Он изучал этот эффект как при повышенном атмосферном давлении, так и при пониженном. Специально построенная Столетовым аппаратура давала возможность создавать пониженное давление до 0,002 мм. рт рт.. столба. В этих условиях актиноэлектрический эффект представлял собой не только фототок, но и фототок, усиленный самостоятельным газовым разрядом. Свою статью об открытии этого эффекта Столетов закончил так: «Как бы ни пришлось окончательно сформулировать объяснение актиноэлектрических разрядов, нельзя не признать некоторые своеобразные аналогии между этими явлениями и давно знакомыми, но до сих пор малопонятными, разрядами Гейслеровых и Круксовых трубок. Желая при моих первых опытах ориентироваться среди явлений, представляемых моим сетчатым конденсатором, я невольно говорил себе, что передо мной Гейслеровая трубка, могущая действовать и без разряжения воздуха с посторонним светом. Там и здесь явления электрические тесно связанны со световыми явлениями. Там и здесь катод играет особую роль и по-видимому распыляется. Изучение акти107

ноэлектрических разрядов обещает пролить свет на процессы распространения электричества в газах вообще…». Эти слова Столетова всецело оправдались. В 1905 г. Эйнштейн дал толкование фотоэффекта, связанного со световыми квантами, и установил закон, названный его именем. Впервые обнаружил внешний фотоэффект немецкий физик Герц (1887 г.). Экспериментиру Экспериментируя я с открытым им электромагнитным полем, Герц заметил, что в искровом промежутке приемного контура искра, обнаруживающая наличие электрических колебаний в контуре, проскакивает при прочих равных условиях легче в том случае, если на искровой промежуток падает свет от искрового разряда в генераторном контуре. В 1881 г. Эдисон впервые обнаружил явление термоэлектронной эмиссии. Проводя различные эксперименты с угольными лампами накаливания, он построил лампу лампу,, содержащую в вакууме, кроме угольной нити, еще металлическую пластинку А, от которой был выведен проводник Р. Если соединить провод через гальванометр с положительным концом нити, то через гальванометр идет ток, если соединить с отрицательным, то ток не обнаруживается. Это явление было названо эффектом Эдисона. Явление испускания электронов раскаленными металлами и другими телами в вакууме или в газе было названо термоэлектронной эмиссией. Однако современная электроника, по большей части, основана на полупроводниках, поэтому основные этапы развития электронной техники связаны с открытиями и изобретениями именно в этой области. Первым важным событием стало открытие в 1874 г. немецким ученым Бра Брауном уном выпрямительного эффекта в контакте металлполупроводник. Использование этого эффекта ру русским сским изобретателем тел ем Поповым для детектирования радиосигнала позволило создать ему первый радиоприемник. Датой изобретения радио принято считать 7 мая 1895 г., когда Попов выступил с докладом и демонстрацией на заседании физического отделения ру русского сского физико-химического общества в Петербурге. А 24 марта 1896 г. Попов передал первое радиосообщение на расстояние 350 м. Успехи электроники в этот период ее развития способствовали развитию радиотелеграфии. Одновременно исследователи разрабатывали научные основы радиотехники с целью упрощения устройства радио108

приемника и повышения его чувствительности. В разных странах велись разработки различных типов простых и надежных обнаружителей высокочастотных колебаний — детекторов. Следующий этап развития электроники начался с 1904 г., когда английский ученый Флеминг сконструировал электровакуумный диод. Основными частями диода являются два электрода, находящиеся в вакууме: металлический анод и металлический катод, нагреваемый электрическим током до температуры, при которой возникает термоэлектронная эмиссия. В 1913 г. немецкий инженер Мейснер разработал схему лампового регенеративного приемника и с помощью триода получил незатухающие гармонические колебания. В России первые радиолампы были изготовлены в 1914 г. в Санкт-Петербурге консультантом консуль тантом русского общества беспроволочного телег телегра рафи фиро рова ва-ния Николаем Дмитриевичем Папалекси, будущим академиком АН СССР СССР.. Папалекси окончил Страсбургский университет университет,, где работал под руководством Бра Брауна. уна. Первые радиолампы Папалекси из-за отсутствия совершенной откачки были не вакуумными, а газонаполненными (ртутными). С 1914–1916 гг гг.. Папалекси проводил опыты по радиотелеграфии, работал в области радиосвязи с подводными лодками, руководил разработкой первых образцов отечественных радиоламп. Первые в России электровакуумные приемо-у приемо-усилительные силительные радиолампы были изготовлены Бонч-Бру Бонч-Бруевичем. евичем. С 1916 по 1918 гг гг.. он занимался созданием электронных ламп и организовал их производство. В 1918 г. возглавил Нижегородскую радиолабораторию, объединив лучших радиоспециалистов того времени (Остряков, Пистолькорс, Шорин, Лосев). В марте 1919 г. в нижегородской радиолаборатории началось серийное производство электровакуумной лампы РПРП-1. 1. В 1920 г. Бонч-Бру Бонч-Бруевич евич закончил разработку первых в мире генераторных ламп с медным анодом и водяным охлаждением, мощностью до 1 кВт кВт.. Видные немецкие ученые, ознакомившись с достижениями Нижегородской лаборатории, признали приоритет России в создании мощных генераторных ламп. Переход от длинных волн к коротким и средним, изобретение супергетеродина и развитие радиовещания потребовали разработки более совершенных ламп, чем триоды. Разработанная в 1924 г. и усо109

вершенствованная в 1926 г. американцем Хеллом экранированная лампа с двумя сетками (тетрод) и предложенная им же 1930 г. электровакуумная лампа с тремя сетками (пентод) решили задачу повышения рабочих частот радиовещания. Пентоды стали самыми распространенными радиолампами. Особенно наглядно взаимосвязь между электровакуумной и радиотехникой проявилась в период, когда радиотехника перешла к освоению и использованию диапазона УКВ (уль ультракороткие тракороткие волны — метровые, дециметровые, сантиметровые и миллиметровые диапазоны). Для этой цели, во-первых, были значительно усовершенствованы уже известные радиолампы. Во-вторых, были разработаны электровакуумные приборы с новыми принципами управления электронными потоками. Сюда относятся многорезонаторные магнетроны (1938 г.), клистроны (1942 г.), лампы обратной волны ЛОВ (1953 г.). Такие приборы могли ге ге-нерировать и усиливать колебания очень высоких частот частот,, включая миллиметровый диапазон волн. Эти достижения электровакуумной техники обу обусловили словили развитие таких отраслей, как радионавигация, радиолокация, импульсная многоканальная связь. Одновременно с разработкой вакуумных электроприборов, на втором этапе развития электроники, создавались и совершенствовались газоразрядные приборы. В 1918 г. в резуль результате тате исследовательской работы доктора Шретера немецкая фирма «Пинтш» выпу выпустила стила первые промышленные лампы тлеющего разряда на 220 В. В 1921 г. голландская фирма Philips Phi lips выпу выпустила стила первые неоновые лампы тлеющего разряда на 110 В. В США первые миниатюрные неоновые лампы появились в 1929 г. В 3030-е е годы были заложены основы радиотелевидения. Первые предложения о специальных передающих трубках сделали независимо друг от друга А.К. Константинов и С.И. Катаев. Подобные же трубки, названные иконоскопами, построил в США Владимир Константинович Зворыкин. Зворыкин создал первый иконоскоп — передающую трубку трубку,, которая сделала возможным развитие электронных телевизионных систем. Следующий период развития электроники — это период создания и внедрения дискретных полупроводниковых приборов, начавшийся с изобретения точечного транзистора. В 1946 г. при лаборатории «Белл Телефон» была создана группа во главе с Уильямом Шокли, про110

водившая исследования свойств полупроводников на Кремнии и Германии. Группа проводила как теоретические, так и экспериментальные исследования физических процессов на границе раздела двух полупроводников с различными типами электрической проводимости. В итоге были изобретены: трехэлектродные полупроводниковые приборы — транзисторы. Идеи создания полевых транзисторов появились раньше, чем биполярных, но практически реализовать эти идеи не удавалось. Успех был достигнут 23 декабря 1947 г. сотрудниками лаборатории «Белл Телефон» — Дж. Бардином и У. Браттейном, под руководством У. Шокли. Бардин и Браттейн в резуль результате тате многочисленных экспериментов получили работающий полупроводниковый прибор. Информация об этом изобретении появилась в журнале The Physical Review в июле 1948 г. Устройство, изобретенное Бардином и Браттейном, было названо точечным транзистором типа А. Усиление сигнала осуществлялось за счет большого различия в величинах сопротивления, низкоомного входного и высокоомного выходного. Поэтому создатели нового прибора назвали его сокращенно — транзистором (в пер. с английского — «преобразователь сопротивления»). Одновременно, в период с апреля 1947 г. по январь 1948 г., Шокли опубликовал теорию плоскостных биполярных транзисторов, рассмотрев полупроводниковые выпрямительные устройства из кристаллов полупроводника, имеющего переход между областями p- и n- типа. Такое устройство, называемое плоскостным полупроводниковым выпрямителем, обладает малым сопротивлением, когда р-область — положительна по отношению к n-области. Характеристики плоскостного выпрямителя можно точно определить теоретически. По сравнению с точечным, плоскостной выпрямитель допу допускает скает большую нагрузку нагрузку,, т.к. площадь контакта можно сделать достаточно большой. С другой стороны, с увеличением площади растет шунтирующая контактная емкость. Далее Шокли рассмотрел теорию плоскостного транзистора из кристалла полупроводника, содержащего два p-n-перехода. Плоскостные транзисторы обладают рядом преимуществ перед точечными: они более доступны теоретическому анализу анализу,, обладают более низким уровнем шумов, обеспечивают большую мощность. Изобретение транзисторов явилось знаменательной вехой в истории 111

развития электроники и поэтому его авторы Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли были удостоены нобелевской премии по физике 1956 года. Первый полевой транзистор был запатентован в США в 1926– 30 гг гг., ., 1928–32 гг гг.. и 1928–33 гг гг.. Ю.Э. Лилиенфельд — автор этих патентов. Он родился в 1882 г. в Польше. С 1910 по 1926 гг гг.. был профессором Лейпцигского университета. В 1926 г. иммигрировал в США и подал заявку на патент патент.. Однако предложенные Лилиенфельдом транзисторы не были внедрены в производство. В 1935 г. в Англии получил патент на полевой транзистор немецкий изобретатель О. Хейл. Данное изобретение является прототипом полевого транзистора с изолированным затвором. Следующий этап развития транзисторов наступил в 1939 г., когда после трехлетних изысканий по твердотельному усилителю в фирме BTL (Bell Telephone Laboratories) Шокли был приглашен включиться в исследование Браттейна по медноокисному выпрямителю. В 1952 г. Шокли описал униполярный (полевой) транзистор с управляющим электродом, состоящим из обратно смещенного p-nперехода. Предложенный Шокли полевой транзистор состоит из полупроводникового стержня n-типа (канал n-типа) с омическими выводами на торцах. В качестве полупроводника использован кремний (Si). На поверхности канала с противоположных сторон формируется формиру ется p-n-переход, таким образом, чтобы он был параллелен направлению тока в канале. Вывод, от которого носители начинают свой путь, называется истоком. Второй омический электрод, к которому подходят электроны, — сток. Третий вывод от p-n p-n--перехода называют затвором. В 1963 г. Хофштейн и Хайман описали другую конструкцию полевого транзистора, где использу используется ется поле в диэлектрике, расположенном между пластиной полупроводника и металлической пленкой. Такие транзисторы со структурой металл-диэлектрикполупроводник называются МДП-транзисторы. В период с 1952 по 1970 гг гг.. полевые транзисторы оставались на лабораторной стадии развития. Ускоренная разработка и производство транзисторов развернулись в США в кремниевой долине, расположенной в 80ти км от Сан-Франциско. Возникновение кремниевой долины связывают с именем Ф. Термена — декана инженерного факультета Стенфордского университета, когда его студенты Хьюлетт Хьюлетт,, Паккард 112

и братья Вариан создали фирмы, прославившие их имена во время второй мировой войны. Бурное развитие кремниевой долины началось, когда Шокли покинул BTL и основал собственную фирму по производству кремниевых транзисторов при финансовой помощи выпускника выпу скника Калифорнийского политехнического института А. Беккмана. Его фирма начала работу осенью 1955 г. как отделение фирмы Beckman Instruments. С появлением биполярных полевых транзисторов начали воплощаться идеи разработки малогабаритных ЭВМ. На их основе стали создавать бортовые электронные системы для авиационной и космической техники. Так как эти устройства содержали тысячи отдельных элементов и постоянно требовалось все большее и большее их увеличение, появились и технические трудности. С увеличением числа элементов электронных систем практически не удавалось обеспечить их работоспособность сразу же после сборки и обеспечить, в дальнейшем, надежность функционирования систем. Даже опытные сборщики и наладчики ЭВМ допу допускали скали несколько ошибок на 1000 спаек. Проблема качества монтажно-сборочных работ стала основной проблемой изготовителей при обеспечении работоспособности и надежности радиоэлектронных устройств. Решение проблемы межсоединений и явилось предпосылкой к появлению микроэлектроники. Прообразом будущих микросхем послужила печатная плата. Технология изготовления печатных плат не дает возможности изготовить одновременно другие пассивные элементы, кроме проводников. Именно поэтому печатные платы не превратились в интегральные микросхемы в современном понимании. Первыми были разработаны в конце 4040-хх гг гг.. толстопленочные гибридные схемы, в основу их изготовления была положена уже отработанная технология изготовления керамических конденсаторов, использующая метод нанесения на керамическую подложку через трафареты паст паст,, содержащих порошок серебра и стекла. К моменту изобретения интегральных микросхем из полупроводниковых материалов уже на научились учились изготавливать дискретные транзисторы и резисторы. Для изготовления конденсатора уже использовали емкость обратно смещенного p-n-перехода. Для изготовления резисторов использовались омические свойства кристалла полупроводника. На очереди стояла задача объединить все эти элементы в одном устройстве. 113

В 1960 г. Роберт Нойс из фирмы Fairchild предложил и запатентовал идею монолитной интегральной схемы (Патент США 2981877) и, применив планарную технологию, изготовил первые кремниевые монолитные интегральные схемы. В монолитной интегральной схеме планарные диффузионные биполярные кремниевые транзисторы и резисторы соединены между собой тонкими и узкими полосками алюминия, лежащими на пассивирующем оксиде. Алюминиевые соединительные дорожки изготавливаются методом фотолитографии, путем травления слоя алюминия, напыленного на всю поверхность оксида. Такая технология получила название технологии монолитных интегральных схем. Одновременно Килби из фирмы Texas Instruments изготовил триггер на одном кристалле германия, выполнив соединения золотыми проволочками. Такая технология получила название технологии гибридных интегральных схем. Планарная технология Хорни и монолитная технология Нойса заложили в 1960 г. фундамент развития интегральных микросхем, сначала — на биполярных транзисторах, а в 1965–85 гг гг.. — на полевых транзисторах и комбинациях тех и других. В июле 1968 г. Гордон Мур и Роберт Нойс уходят из отделения полупроводников фирмы Fairchild и 28 июня 1968 г. организуют крохотную фирму Intel из двенадцати человек, которые арендуют комнатку в Калифорнийском городе Маунтин Вью. Задача, которую поставили перед собой Мур, Нойс и примкнувший к ним специалист по химической технологии Эндрю Гроув, состояла в использовании огромного потенциала интеграции большого числа электронных компонентов на одном полупроводниковом кристалле для создания новых видов электронных приборов. В 1997 г. Эндрю Гроув стал «человеком года», а возглавляемая им компания Intel, ставшая одной из ведущих в кремниевой долине в Калифорнии, производила микропроцессоры уже для 90 % всех персональных компьютеров планеты. На сегодняшний день самым массовым предметом, когда-либо изготовленным человеком, является транзистор. Электроника находится в стадии интенсивного развития; для нее характерно появление новых областей и создание новых направлений в уже существующих областях. Одна из основных проблем, стоящих перед электроникой, связана с требованием увеличения количества 114

обрабатываемой информации вычислительными и управляющими электронными системами с одновременным уменьшением их габаритов и потребляемой энергии. Эта проблема решается путем создания полупроводниковых интегральных схем, обеспечивающих время переключения до 10–11сек; увеличения степени интеграции на одном кристалле до миллиона транзисторов размером 1–2 мкм; использования в интегральных схемах устройств оптической связи и оптоэлектронных преобразователей (см. Оптоэлектроника), сверхпроводников; разработки запоминающих устройств емкостью несколько мегабит на одном кристалле; применения лазерной и электроннолучевой коммутации; расширения функциональных возможностей интегральных схем (например, переход от микропроцессора к микро-ЭВМ на одном кристалле); перехода от двумерной (планарной) технологии интегральных схем к трехмерной (объемной) и использования сочетания различных свойств твердого тела в одном устройстве; разработки и реализации п ринц ринципов ипов и средств стереоскопического телевидения, обладающего бо больльшей информативностью по сравнению с обычным; создания электронных приборов, работающих в диапазоне миллиметровых и субмиллиметровых волн, для широкополосных (более эффективны фек тивных) х) систем передачи информации, а также приборов для лин линий ий о птич птическо еской й связи; разработки мощных, с высоким кпд, приборов СВЧ и лазеров для энергетического воздействия на вещество и направленной передачи энергии (например, из космоса). Одна из тенденций развития электроники — проникновение ее методов и средств в биологию (для изучения клеток и структуры живого организма и воздействия на него) и медицину (для диагностики, терапии, хирургии). По мере развития электроники и совершенствования технологии производства электронных приборов расширяются области использования достижений электроники во всех сферах жизни и деятельности людей, возрастает роль электроники в ускорении научно-технического прогресса.

115

Приложение Б Текст к занятию по Теме 4.1 Основы функциональной микроэлектроники Технологии и оборудование для производства интегральных микросхем. Состояние и основные тенденции развития Сегодня микроэлектроника — по-прежнему один из основных катализаторов на научно-технического учно-технического прогресса важнейших отраслей народного хозяйства. А уровень развития и объемы производства ее основных изделий — интегральных микросхем (ИМС) — во многом определяет оборонный, экономический и куль культурный турный потенциалы страны. Недаром по современной классификации к на научно учно и технически развитым странам могут относиться лишь те, которые способны массово производить мощные персональные компьютеры и компьютерные системы на базе собственных ИМС. Анализ тенденций развития микроэлектроники показывает показывает,, что ключевая проблема в ближайшее десятилетие — освоение крупносерийного производства гигантских интегральных микросхем (ГИС), содержащих 109–5•1010 транзисторов с минимальными размерами 20–10 нм и допуском ±10 %, систем-на-кристалле (SoC), системв-корпусе в-корпу се (SiP), интеллектуальных и быстродействующих датчиков и микроэлектромеханических систем (МЭМС) с минимальными размерами элементов 500–100 нм. С середины 8080-х х гг гг.. преимущественное развитие при производстве ИМС получила КМОП-технология, которая, согласно прогнозам экспертов, останется доминирующей (более 75 % в объеме производства) и в ближайшее десятилетие. Это обусловлено такими традиционными достоинствами КМОП ИМС, как малая потребляемая мощность, высокая помехоу помехоустойчивость, стойчивость, низкая рабочая температура. Уровень любой технологии определяется минимальными размерами (топологической нормой — ТН) элементов или зазоров в регулярных плотноупакованных структурах, которые воспроизводимо и стабильно формируются всеми процессами, используемыми пользу емыми при производстве изделия. До начала 9090-хх годов самыми передовыми в технологическом плане изделиями были ДОЗУ,, размеры элементов которых в регулярной структуре первого ДОЗУ уровня металлизации характеризовали уровень технологии (УТ). В пос116

леднее десятилетие в резуль результате тате ускоренного развития технологии микропроцессоров (МП) уровень КМОП-технологии характеризу характеризует ет уже степень совершенства этих изделий. Однако показатели технологического развития ДОЗУ и МП различны. Для ДОЗУ рынок постоянно дикту диктует ет необходимость снижения стоимости и увеличения объема хранимой информации. Поэтому совершенствование этих микросхем направлено, прежде всего, на уменьшение размеров их элементов, то есть на минимизацию площади ячеек памяти и, следовательно, на повышение плотности их размещения на кристалле. Для МП основное требование, помимо снижения стоимости, — повышение функциональных возможностей (числа функций, выполняемых микросхемой со все возрастающим быстродействием). Здесь усилия направлены на уменьшение длины затворов МОПтранзисторов и увеличение числа слоев металлизации. В 2004 г. ТН составили 90 нм (УТУТ-90 90 нм), в 2007 г. достигнут УТ-65 УТ65 нм, в 2010 г. — УТУТ-45 45 нм, к 2017 г. — 10 нм. Увеличение информационной емкости ДОЗУ ДОЗУ,, быстродействия и вычислительной мощности МП сопровождается не только уменьшением размеров элементов и толщины функциональных слоев, но и увеличением диаметра исходных кремниевых пластин, площади кристаллов, числа литографических и технологических операций. Если в 1979 г. при производстве ДОЗУ емкостью 64 Кбит с минимальным размером элементов 3,0 мкм проводилось 100 технологических операций и семь операций литографии, то производство 1 Гбит ДОЗУ с минимальным размером элементов 0,13 мкм в 2001 году потребовало 440 технологических операций и 21 операцию литографии. Вместе с тем, темпы перехода от 200200-мм мм к 300300-мм мм пластинам оказались не столь высокими, как прогнозировалось, когда началось освоение производства ИМС на пластинах большего диаметра. В 2001 г. лишь шесть полупроводниковых заводов обрабатывали 300 30 0 -м м пластины, в 2002 г. были запущены еще 14 фабрик. Технологический процесс (маршрут) изготовления КМОП ИМС состоит из четырех этапов (рис. 21): – формирования структуры ИМС на пластине, начинающегося с запу запуска ска на маршрут исходной пластины и заканчивающегося вскрытием контактных площадок в слое пассивации готовых микросхем;

117

– функционального тестирования микросхем на пластине с целью определения их соответствия требу требуемым емым рабочим характеристикам (годности) и отбраковки негодных схем; – сборки микросхем на кристалле в корпу корпус; с; – функционального тестирования корпу корпусированной сированной ИМС.

Исходные пластины

Формирование функционального строя (ФС): Измерение количества частиц

•Нанесение; •Эпитаксия; •Осаждение; •Модификация; •Окисление; •Отжиг; •Планаризация

Очистка, промывка, сушка пластин

Пластины с готовыми кристаллами

Измерение критических размеров в ФС

Удаление ФР-маски

Измерение количества частиц

Литография Формирование ФР-маски, создание топологического рисунка в слое ФР Травление ФС через ФС-маску Имплантация примеси в ФС через ФР-маску

Измерение критических размеров в ФР-маске

Рис. 21. Маршрут изготовления КМОП ИМС

Основные этапы изготовления ИМС, кроме функционального тестирования, могут быть отображены в виде универсального литографического цикла (см. рис. 21), повторяющегося в соответствии с числом литографических операций (использу используемых емых фотошаблонов, масок), необходимых для создания ИМС. До середины 9090-х х гг гг.. из-за отсутствия полностью автоматических контрольно-измерительных приборов и систем, совместимых с условиями высокочистых помещений, этапы измерения относились к контрольным операциям и выделялись в особый класс. Сегодня все операции, проводимые с пластинами, считаются технологическими. Таким образом, универсальный литографический цикл обычно содержит 15–30 технологических операций. Результаты Резуль таты второго и четвертого этапов, контрольных для первого и третьего, показывают показывают,, что основной брак (98 %) при производстве ИМС приходится на стадию обработки кристаллов. Общий выход годных кристаллов технологического маршрута равен произведению выхода годных пластин (отношение числа выходящих с маршрута пластин к числу запу запускаемых) скаемых) на средний выход годных кристаллов с пластины. 118

Причины брака кристаллов на пластине подразделяются на три группы: брак, вызванный повторяющимися и случайными дефектами, а также систематический параметрический брак, т.е. отклонение допу допусков сков функциональных характеристик ИМС от заданных значений. Причина систематических потерь — флюктуация параметров технологических операций, таких как равномерность и воспроизводимость толщины слоев по пластине и от пластины к пластине, размеров и формы элементов, профилей легирования. А вариации технологических параметров зависят от выбора и стабильности режимов обработки на операциях маршрута. Повторяющиеся дефекты обу обусловлены словлены дефектами фотошаблонов (ФШ). Их легко выявить и исправить до начала производства ИМС. Случайные дефекты привносятся на поверхность пластин технологическим процессом, оборудованием и реактивами в виде нежелательных частиц или капель. Они не зависят от топологического рисунка, но могут образовывать кластеры на локальных участках пластины. Для каждого УТ в зависимости от значения минимального размера элементов ИМС задается критический размер привносимых частиц. Дефекты, вызывающие брак, называются электрически значимыми и электрически активными. Случайные потери кристаллов в значительной степени связаны с используемым оборудованием и процессами технологического маршрута. Причины сл случай учайног ного о брака понять трудно, и сокращение его при производстве — процесс длительный и сложный. Поэтому средний съем кристаллов с пластины определяется произведением выхода годных кристаллов с пластины, зависящего от случайных дефектов, на выход годных кристаллов с пластины, обусловленный систематическим браком. С увеличением функциональной плотности элементов микросхем, совершенствованием систем автоматического контроля параметров технологического оборудования в пределах установленных допу допусков сков и с уменьшением критического размера дефекта отношение случайного и параметрического брака постоянно растет растет,, особенно по мере отладки производства. Каждые два-четыре года в соответствии с совершенствованием технологического оборудования и процессов, в первую очередь установок и операций литографии, травления, имплантации и отжига, происходит переход от одного УТ к следующему следующему.. Повы Повышени шение е функциональных возможностей микросхем при таком переходе при119

водит к увеличению числа контактов кристалла с платой-кристаллодержателем корпу корпуса са и числа выводов корпу корпуса. са. Возрастает и время функционального тестирования как кристаллов на пластине, так и ИМС и, соответственно, их сложность и затраты на тестирование, что отражается на стоимости тестеров в пересчете на один вывод. Ожидается, что внедрение техники встроенного самотестирования и проектирования микросхем с удобной для тестирования топологией будет способствовать решению этой проблемы. Универсальный показатель рыночных требований, не зависящий от размера и функциональной плотности микросхемы, — возможная удельная стоимость в пересчете на функцию. Рассчитывается этот показатель на базе стоимости готовых ИМС, определяемой на основе тенденций изменения средних продажных цен, за вычетом предполагаемого размера прибыли, который составляет ~35 % для ДОЗУ и 60 % для МП. Чтобы оставаться конкурентоспособным на рынке микросхем, необходимо, помимо выполнения закона Мура, обеспечивать ежегодное снижение их удельной стоимости в пересчете на число выполняемых функций на 29 %, что достигается за счет совершенствования систем проектирования, производства, корпусирования корпу сирования и тестирования ИМС. Кроме того, необходимо правильно оценивать жизненный цикл ИМС, который состоит из этапов: – выхода на рынок, когда ведущие производители поставляют ключевым заказчикам для опробования небольшое число (103– 105) образцов изделий, изготовленных с помощью аттестованных (квалифицированных) промышленных процессов и оборудования; – освоения и расширения массового производства, когда на рынок поставляются большие партии изделий (например, ежемесячно 16–80 млн ДОЗУ или 2–10 млн МП); – пика производства, когда на смену поколению изделий с наибольшим объемом производства приходит следующее, экономически более эффективное в пересчете на функцию (бит бит,, транзистор) поколение. Жизненный цикл ДОЗУ (введение-рост-пик) и экономически эффективных МП (ЭЭМП), как правило, составляет шесть лет лет,, высокопроизводительных МП (ВПМП) — четыре года (рост-пик), поскольку в них используется уменьшенное ядро ЭЭМП и СОЗУ значительно большей информационной емкости, чем СОЗУ ЭЭМП. 120

Согласно прогнозам специалистов ведущих фирм по производству литографического оборудования и ИМС в ближайшее десятилетие основным процессом формирования резистивных масок останется фотолитография (ФЛ). Основной параметр, характеризующий совершенство и качество ФЛ, — воспроизводимое и стабильно получаемое разрешение или минимальный размер элемента в регулярных плотно упакованных структурах. Естественно, разрешение для изолированных элементов (элементы топологического рисунка, расстояние между которыми в десять и более раз превышает их характерные размеры) может быть в 1,4–1,8 раз выше. Другой важный параметр ФЛ — глубина фоку фокуса, са, то есть область вблизи фокальной плоскости выходной проекционной линзы, в которой уменьшенное, обычно в четыре, пять или десять раз, изображение топологического рисунка ФШ еще имеет достаточную четкость для процесса переноса на фоторезистивный (ФР) слой пластины. Разрешение и глубина фоку фокуса са зависят от длины волны экспонирующего излучения и числовой апертуры. Кроме того, необходимо учесть характеристические постоянные, отражающие специфику всего литографического процесса и зависящие от способа освещения, от конструкции элементов топологического рисунка фотошаблона и его самого, а также от толщины, состава и свойств ФР-слоя, антиотражающих покрытий и контрастоу контрастоусиливающих силивающих материалов. Анализ связи между глубиной фокуса и разрешением показывает,, что чем выше разрешение, тем меньше глубина фоку показывает фокуса са и тем более жесткие требования предъявляются к планарности рельефа на поверхности пластины. Сегодня при производстве ИМС для экспонирования ФРслоев используются степперы или степперы-сканнеры с монохроматическим излучением в УФ-области и в области глубокого УФ. Лабораторные испытания проходит система с эксимерным лазером. Повысить разрешение можно путем: – вне осевого освещения ФШ, получаемого с помощью диафрагм, вырезающих из осевого цилиндрического пучка излучение вне осевых трубчатых (кольцевых в сечении) или квадрупольных (четыре полюса в сечении) пучков; – коррекции эффектов оптической близости элементов топологического рисунка на ФШ с помощью дополнительных служебных элементов, повышающих точность передачи рисунка на ФР-маску; 121

– применения фазосдвигающих ФШ, позволяющих изменять фазу излучения так, чтобы повысить его разрешение на ФР-слое; – нанесения поверх ФР-слоя пленок контрастоусиливающего материала; – использования формиру формируемой емой под ФР-слоем пленки антиотражающего покрытия (АОП), позволяющей уменьшить влияние отраженного от подложки излучения на точность передачи топологического рисунка. Промышленные литографические системы (в основном сканнеры) сейчас выпу выпускают скают только четыре фирмы: Canon, Nikon (Япония), ASM Lithography (Нидерланды) и Silicon Valley GroupSVG SV G (США). Согласно прогнозам, в ближайшем будущем будет наблюдаться тенденция к уменьшению поля литографии. К следующему поколению перспективных систем литографии для производства ИМС с топологическими нормами 32 нм и менее относятся: – проекционная литография на экстремальном УФ-излучении (ЭУ ЭУФ-литография), Ф-литография), генериру генерируемом емом с помощью плазмы, создаваемой лазерным лучом в сверхзвуковой стру струе е ксенона, и иногда называемом мягким рентгеновским излучением; – контактная рентгеновская литография (КР КРЛ) Л) без уменьшения топологического рисунка рентгеношаблона; – проекционная электронная литография (ПЭЛ) в наиболее продвинутых вариантах SCALPEL и PREV PREVAIL; AIL; – проекционная ионная (в основном протонная) литография (ПИЛ). Сегодня наиболее многообещающими считаются системы ЭУ ЭУФ Ф и ПЭЛ. Это объясняется отработанностью технологии нанесения и обработки с помощью использу используемой емой для изготовления ФШ сканирующей электронной литографии (СЭЛ) электронорезистов, пригодных для проведения ЭУ ЭУФ, Ф, а также возможностью применения в ЭУ ЭУФ-системах Ф-системах элементов отражающей оптики рентгеновских астрономических приборов. Шаблоны для КР КРЛ Л и ПИЛ при экспонировании подвергаются мощному радиационному воздействию, что приводит к их быстрому разрушению и связано с огромными трудностями поддержания их размерной стабильности. Используемая Использу емая в наноэлектронике литография, основанная на пр приименении изготовленных с помощью сканирующей электронно-лучевой 122

технологии наноштампов, формирующих под действием давления и температуры изображение в полимерных пленках, имеет значительные ограничения по размеру подложек и производительности. Однако благодаря введению пошагового совмещения и УФ-экспонирования с обратной стороны прозрачного штампа этот вид литографии сможет рассматриваться как следующее поколение перспективной технологии. Для перевода разработок литографичесих технологий в стадию промышленного освоения с приемлемыми издержками, производительностью и надежностью, а также для развития сопутствующей инфраструктуры по производству шаблонов и резистивных материалов существу существует ет десятилетний запас. Суммарная задержка распространения сигнала в микроэлектронных системах складывается из значений задержки на затворах МОП-транзисторов, задержки на поводящих линиях (ПЛ) микросхемы и задержки на линиях связи между схемами на печатной плате. Задержка переключения логического затвора МОП-транзистора определяется постоянной времени транзистора, зависящей от сопротивления канала и общей емкости транзистора, образуемой образу емой емкостью затвора и паразитными емкостями p-n-переходов сток-подложка и исток-подложка, (на их долю приходится ~50 % общего значения емкости). Таким образом, для снижения постоянной времени необходимо уменьшать сопротивление канала, и паразитные емкости (путем уменьшения концентрации легирующей примеси подложки) и емкость затвора (за счет уменьшения толщины затворного диэлектрика). По мере уменьшения минимальных размеров элементов микросхемы увеличиваются емкостные связи между линиями металлизации и между линиями металлизации и пластиной и возрастает задержка распространения сигнала. Это приводит к увеличению разницы между значениями локальной частоты микросхемы (частоты, определяемой совершенством ее транзисторов) и частоты передачи сигналов в ней. Индуктивность проволочных или шариковых (столбиковых) выводов между кристаллом и кристаллодержателем корпу корпуса, са, а также самих выводов корпу корпуса са вызывает дополнительное снижение скорости распространения сигнала. Рост сопротивления и емкости соединительных линий наряду с ростом рабочей частоты микросхемы при переходе от одного УТ к другому приводит к росту энергопотребления ИМС. 123

Задержка распространения сигнала в ПЛ определяется постоянной времени соединительной линии, зависящей от ее удельного сопротивления, толщины, длины, ширины, диэлектрической постоянной, а также от толщины межслойного диэлектрика и расстояния между ПЛ, расположенными в одной плоскости. На печатной плате ИМС соединены друг с другом с помощью проводных линий связи (ЛС), характеризу характеризуемых емых индуктивностью, емкостью, сопротивлением и волновым сопротивлением. ЛС выполняет функции филь фильтра тра низких частот и линии задержки. Если как минимум три гармоники разложения импульсного сигнала цифровой схемы в ряд Фурье по частоте передаются без значительных искажений, можно считать, что форма сигнала передается удовлетворительно. Полоса пропускания филь фильтра, тра, образованного ЛС, должна быть больше частоты третьей гармоники. Время задержки сигнала в ЛС определяется ее постоянной времени, зависящей от скорости распространения электромагнитной волны в ЛС, и диэлектрической постоянной материала печатной платы. Потребляемая мощность современных МП достигает 130 Вт Вт,, в текущем десятилетии она возрастет до 250 Вт Вт,, тогда как напряжение питания уменьшится с 1,8 до 0,5 В. Это приведет к резкому росту потребляемого тока — до 400 А. Адаптировать современные системы металлизации к таким мощностям и токам — задача сложная. Но если использовать широкие (до 6–10 мкм) ПЛ, можно резко уменьшить их сопротивление с тем, чтобы они выдерживали большие токи. Широкие ПЛ также способствуют уменьшению задержки сигнала, которая может оказаться больше периода тактового импульса. Задержку можно снизить и путем подачи дополнительных тактовых импульсов, но это приведет к резкому увеличению потребляемой мощности. Сопротивление широких ПЛ можно подобрать так, чтобы время распространения сигнала в схеме не превышало периода тактового импульса. Однако необходимо найти способы уменьшения индуктивности широких ПЛ, так как большая индуктивность может разрушить импульсный сигнал, преобразу преобразуя я его в аналоговый. Быстродействие ИМС зависит и от методов их корпу корпусирования, сирования, и от способов их объединения на печатной плате. Объединение на одном кристалле цифровых и аналоговых, в том числе и высокочастотных, блоков, позволяющее создавать так называемые системы-на-кристалле (SoC), еще недавно казалось идеальным спо124

собом получения быстродействующих приборов и систем. Однако, если учесть сложность и дороговизну проектирования и тестирования таких микросхем, а также трудности совмещения технологии формирования низковоль низковольтных тных логических блоков и высоковоль высоковольтных тных блоков памяти, этот путь уже не кажется идеальным. Проектировщики не смогут выполнить в SoC блок памяти с соответствующим УТ,, пока этот уровень технологии не будет освоен для ло УТ логич гическ еских их устройств. Таким образом, SoC будет отставать по УТ от отде отдельн льных ых микросхем. Кроме того, для некоторых SoC приходится жертвовать оптимальными характеристиками отдельных блоков. Так, ВЧ-блоки обычно создаются на пластинах арсенида галлия, и их перенос на кремниевые подложки связан с некоторой потерей быстродействия. Более перспективным сейчас считается объединение в столбчатый модуль различных негерметизированных микросхем, выполненных по предельным УТ на оптимальных подложках, то есть так называемая система-в-корпу система-в-корпусе се (SiP — system-in-a-package). В таком модуле микросхемы объединяются путем непосредственного соединения микрошариковых выводов одной схемы с контактными площадками другой или с помощью платы-кристаллодержателя с двухсторонней разводкой. Емкость этих соединений не превышает 10 фФ, так что скорость обработки сигнала и потребляемая мощность модуля не превосходят значений, характерных для отдельных микросхем. В SiP легко монтируются и пассивные компоненты с большими значениями емкости и индуктивности. Дальнейшего повышения быстродействия микроэлектронных систем и приборов можно достичь путем изготовления платкристаллодержателей, оснований печатных плат и изоляционных прокладок, а также самого корпуса из НДП-материалов. Освоение производства SiP и SoC потребу потребует ет разработки новой тестовой методологии, упрощающей процесс их тестирования. Кроме того, для решения проблем помехозащищенности таких систем необходимо создать специальные средства проектирования трассировки сигналов. Классические КМОП-транзисторные структуры при уменьшении размеров их элементов приобретают принципиальные физические, технологические и экономические ограничения. По мере приближения уровня КМОП-технологии к таким ограничениям наблюдается либо резкое сокращение темпов уменьшения топологи125

ческих норм, либо ввод ряда новых технологических элементов, строго говоря, кардинально изменяющих конструкцию транзисторных структур и отодвигающих таким образом принципиальные физические, технологические и экономические ограничения. КМОП-технология при сохранении настоящих темпов развития должна подойти к этому уровню в ближайшее десятилетие. Чтобы не допу допустить стить замедления темпов совершенствования микросхем, а следовательно, и снижения экономической эффективности их производства, ведущие специалисты компаний, университетов и научных на учных центров интенсивно исследуют принципиальные ограничения транзисторных структур и возможности их технологической модернизации с целью обхода или продления сроков вступления этих ограничений в силу силу..

126

Содержание Введение .................................................................................. Виды самостоятельной работы обучающихся ....................... Чтение текста с маркировкой (метод INSERT) ..................... Составление плана текста ....................................................... Работа с конспектом лекции (составление опорного конспекта) .............................................. Составление плана и тезисов ответа, ответы на контрольные вопросы .............................................................. Подготовка реферата или сообщения ..................................... Составление резюме и парафраз ............................................. Подготовка доклада/сообщения ............................................. Графические организаторы информации ............................... Классификация ........................................................................ Построение диаграммы Венна ................................................ Составление сравнительных таблиц ....................................... Составление концептуальных таблиц ..................................... Составление кластера .............................................................. Построение тайм-лайна .......................................................... Составление блок-схемы ........................................................ Построение графиков и временных диаграмм ....................... Составление структурной схемы по принципиальной ............ Подготовка к лабораторному/практическому занятию ......... Рекомендации по оформлению презентации ......................... План распределения часов по организации самостоятельной работы ............................................................... Тема: «Введение» ...................................................................... Раздел 1. Основы электроники Тема 1.1 Физические основы работы полупроводниковых приборов ...................................................... Тема 1.2 Полупроводниковые диоды ....................................... Тема 1.3 Биполярные транзисторы .......................................... Тема 1.4 Полевые транзисторы ................................................ Тема 1.5 Тиристоры .................................................................. Тема 1.6 Нелинейные полупроводниковые приборы ............. Тема 1.7 Электровакуумные и ионные приборы ..................... Тема 1.8 Оптоэлектронные приборы и приборы отображения информации ............................................................

3 5 6 7 7 7 9 13 14 14 14 16 18 19 19 21 22 23 24 25 26 29 34

36 38 41 44 47 49 51 54

127

Раздел 2. Основы схемотехники электронных схем Тема 2.1 Общая характеристика электронных усилителей ... 57 Тема 2.2 Обратная связь в усилителях .................................... 59 Тема 2.3 Общие принципы построения и работы схем электрических усилителей ................................... 61 Тема 2.4 Виды усилительных каскадов ................................... 63 Тема 2.5 Многокаскадные усилители ..................................... 72 Тема 2.6 Усилители постоянного тока .................................... 76 Тема 2.7 Генераторы гармонических колебаний .................... 78 Раздел 3. Схемотехника цифровых электронных схем Тема 3.1 Общая характеристика и параметры импульсных сигналов ................................................................... 81 Тема 3.2 Основы построения формирующих цепей ............... 83 Тема 3.3 Электронные ключи и методы формирования импульсных сигналов ................................................................... 87 Тема 3.4 Триггеры .................................................................... 90 Тема 3.5 Импульсные генераторы ........................................... 93 Раздел 4. Основы микроэлектроники Тема 4.1 Основы функциональной микроэлектроники ......... 95 Тема 4.2 Аналоговые интегральные микросхемы ................... 98 Тема 4.3 Цифровые интегральные микросхемы (ЦИМС) ...... 100 Перечень рекоменду рекомендуемой емой литературы ..................................... 103 Приложение А .......................................................................... 105 Приложение Б .......................................................................... 116

128

Ответственный за выпуск методист ФГБУ ДПО «УМЦ ЖДТ» С.В. Куликова Ответственная за выпу выпуск ск М.В. Аветикова Редактор Т.А. Ромас Компьютерная верстка М.Н. Середа ___________________________________________________ Подписано в печать 19.04.2017 Формат 60×90/16. Печ. л. 8,0 ФГБУ ДПО «У «Учебно-методический чебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте» 105082, Москва, ул. Бакунинская, 71 Тел.: (495) 739-00-30, e-mail: [email protected] http: //www www..umczdt.ru ___________________________________________________

129