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 оголенными 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 линейными компонентами электрических цепей

Результат: навыки расчета разветвленных электрических цепей из пассивных элементов (расчет токов и напряжений на различных участках; расчет рассеиваемой мощности и подбор элементов с ее учетом).

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) Усилитель мощности на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером (ОЭ)

Результат: понятие о биполярном транзисторе и режимах его работы. Электронное реле на базе биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ: опыт расчета, подбора элементной базы, сборки по схеме и тестирования. Переход от схемы электронного реле к схеме усилителя мощности: умение рассчитать и изготовить усилитель с требуемым коэффициентом усиления по напряжению.

6. (Б) Усилитель мощности на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим коллектором (ОК)

Результат: опыт расчета, подбора элементной базы, сборки по схеме и тестирования усилителя мощности, включенного по схеме с общим коллектором с требуемыми параметрами (усиление по току, входному/выходному сопротивлению). Способность объединить несколько усилителей (с ОЭ и ОК) и оценить характеристики каждой из схем включения.

7. (Б) Усилитель мощности на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общей базой (ОБ). Изготовление предусилителя для детектора космических лучей

Результат: опыт расчета, подбора элементной базы, сборки по схеме и тестирования стабилизатора напряжения под конкретную задачу и усилителя мощности на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общей базой (ОБ). Способность объединить схемы с ОБ и ОК в предусилитель для детектора космического излучения. Понимание распределения токов в цепи предусилителя. Навык работы с реальным оборудованием: отладка и тестирование схемы зарядочувствительного усилителя с реальным детектором космических лучей.

8. (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.

9. (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).

10. (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.

11. (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.