Практикум по электронике

Практикум по электронике имеет целью практическое знакомство с основными радиоэлектронными компонентами. В отличие от остальных инженерных практикумов в его состав входит минимум оборудования: генератор сигналов, осциллограф, тестер и паяльник в качестве основного инструмента. Студенты работают не со специально предназначенными элементами, а с реальными радиодеталями: резисторами, конденсаторами, диодами, транзисторами и т.д. Начинается практикум со знакомства с основными элементами — сопротивление/емкость/индуктивность, далее изучаются фильтры, полупроводники (диоды, транзисторы). Базовый курс заканчивается расчетом и изготовлением простейшего предусилителя для детектора частиц. В продвинутом курсе рассматриваются более сложные усилители и преобразователь «время-время».

Для успешного выполнения практикума студент должен знать основы:

  • математического анализа, линейной алгебры и аналитической геометрии
  • физики: приставки СИ, понятие об электричестве
  • работы с компьютером: MS Windows, MS Office

Кроме того, студент должен иметь соответствующие очки/линзы в случае плохого зрения: в практикуме много работы с мелкими элементами.

Перед выполнением лабораторных работ студенты обязаны пройти курс по технике безопасности (работа с паяльником, с оголёнными слаботочными токоведущими проводниками, с флюсами и припоем), а также по пожарной безопасности.

Список работ (Б — базовый курс, П — продвинутый):

1. (Б) Знакомство с оборудованием. Основы пайки

Результат: навыки работы с мультиметром, осциллографом, генератором сигналов и паяльником

2. (Б) Знакомство с основными радиоэлементами

Результат: навыки расчета и пайки схем из пассивных элементов

3. (Б) Расчет фильтров верхних и нижних частот

Результат: умение рассчитать и изготовить частотный фильтр с требуемыми параметрами (частота среза, нагрузка, амплитуда)

4. (Б) Изучение свойств полупроводников

Результат: практические навыки работы с диодами: понятие о p-n-переходе, проверка диода с помощью тестера, нахождение катода и анода, практическое применение диодов (ограничение амплитуды сигнала, ликвидация обратного тока, диодный мост и пр.)

5. (Б) Расчет транзисторных усилительных каскадов

Результат: умение рассчитать и изготовить транзисторный усилительный каскад (с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК) и объединение каскадов по постоянному и по переменному току) с требуемыми параметрами (коэффициенты усиления по току и напряжению, входное и выходное сопротивление, режимные и динамические токи). Понимание различия между каскадами. Способность визуально определить тип каскада на схеме.

 

6. (Б) Расчет и сборка предусилителя с общей базой для детектора космических лучей

Результат: умение рассчитать и изготовить предусилитель на основе транзисторного каскада с общей базой (ОБ) и ранее изученных каскадов (с общим эмиттером и общим коллектором). Понимание распределения режимных токов от биполярного питания и динамических токов в схеме предусилителя. Навык работы с реальным оборудованием: отладка и тестирование схемы зарядочувствительного усилителя с реальным детектором космических лучей.

7. (П) Зарядочувствительный усилитель на биполярных транзисторах для детектора космических лучей

Результат: умение рассчитать дифференциальный усилитель (ДУ), представление о режимных и сигнальных токах в ДУ. Умение рассчитать и изготовить зарядочувствительный усилитель, состоящий из каскадов с ДУ, ОЭ и ОК. Навык работы с реальным оборудованием: отладка и тестирование схемы зарядочувствительного усилителя с реальным детектором космических лучей.

8. (П) Операционные усилители и обратные связи: переход от дискретных элементов к интегральным схемам

Результат: понятие об операционных усилителях (ОУ) и их характеристиках, понятие об обратных связях (ОС). Способность визуально определить тип ОС на схеме и подобрать требуемый для конкретной задачи тип ОС. Умение рассчитать и изготовить усилитель на основе ОУ (в работе используется прецизионный ОУ LM 358 P).

9. (П) Изучение зависимости времени задержки от длины кабеля с помощью преобразователя «время-время»

Результат: понятие о токовом зеркале: режимные и динамические токи в нем, расчет и применение. Умение рассчитать и изготовить преобразователь «время-время» (ПВВ) на транзисторных ключах. Способность оценить коэффициент преобразования ПВВ.

10. (П) Переходные процессы и релаксационные устройства

Результат: понятие о том, как протекают переходные процессы в различных RC-цепях. Умение рассчитать и изготовить мультивибратор с применением RC-цепей на необходимые частоты. Понятие о триггерах (RS-триггер, триггер Шмитта) и их применении.

Полный курс рассчитан на 3 недели. Однако продолжительность работ существенно зависит от уровня и базовых навыков студента. В зависмости от этого может варьирироваться количество лабораторных работ в курсе. Возможно также сократить курс, убрав часть работ.