«1 Программы подготовки бакалавров по направлению 201000 “Биотехнические системы и технологии” Профиль: Биотехнические и медицинские аппараты и системы Содержание № наименование Стр. История 1.1.01 3 Философия 1.1.02 20 ...»

Цели и задачи курса. Естественные электромагнитные поля 1. Проблема взаимодействия электромагнитных полей с биообъектами. Экологические аспекты. Воззрения В.И.Вернадского. Понятие ноосферы 2. Формирование и основные параметры естественных электромагнитных полей разных диапазонов вблизи поверхности Земли. Роль солнечно- земных связей, ионосферы и тропосферы. Работы А.Л.Чижевского.

Распространение электромагнитных полей от искусственных источников 3. Источники антропогенных электромагнитных полей. Характеристики антенн, понятия ближней, промежуточной и дальней зон. Типы радиолиний в свободном пространстве.

4.Понятие зоны, существенной для распространения радиоволн.

5. Распространение радиоволн над земной поверхностью. Модель плоской Земли. Интерференционная формула. Диаграммы направленности простейших антенн над Землей.

6. Формула Введенского. Рассеяние на препятствиях. Учет шероховатости поверхности.

Критерий Релея. Влияние сферичности Земли на распространение радиоволн.

7. Особенности распространения радиоволн в городе.

8. Влияние тропосферы на распространение радиоволн.

9. Влияние ионосферы на распространение радиоволн.

Основные электрофизические параметры биологических тканей 10. Электрофизические параметры биологических тканей в различных диапазонах частот.

Модели Дебая и Кола-Кола. Экспериментальные данные.

Методы моделирования взаимодействия электромагнитных волн с биообъектами.

11. Моделирование взаимодействия электромагнитных полей с биообъектами в различных диапазонах частот. Квазистатические, резонансные, квазиоптические модели биообъектов.

12. Расчет распределения электромагнитного поля и удельной поглощаемой мощности в БО без учета эффектов теплопроводности. Примеры расчета.

13. Моделирование эффектов теплового нагрева биообъектов ЭМ полем. Расчет распределения температуры в БО при учете эффектов теплопроводности.

Нетепловые эффекты воздействия ЭМ полей на биообъекты.

14. Экспериментальные данные по нетепловым эффектам воздействия ЭМ полей на биообъекты. Методы экспериментального исследования воздействия ЭМ полей на БО.

15. Законы излучения электромагнитных полей биообъектами. Использование собственного излучения биообъектов для пассивной диагностики.

16. Физиотерапия и рефлексотерапия. Гипертермия опухолей.

17. Санитарные нормы воздействия электромагнитных полей на БО 18. Применение антенн – аппликаторов в медицине.

4.2.2. Практические занятия 1. Характеристики антенн. Типы радиолиний в свободном пространстве 2 Область, существенная для распространения радиоволн 3 Излучение антенн над земной поверхностью.

4 Электрофизические параметры биотканей.

5 Проникновение плоской электромагнитной волны в плоскослоистую модель биоткани.

6 Влияние теплопроводности на нагрев биоткани 7 Собственное излучение биообъектов в радиодиапазоне 8 Применение санитарных норм для оценки влияния электромагнитных полей радиодиапазона на человека.

9 Приближенный расчет согласования антенны – аппликатора с плоской моделью биоткани.

4.3. Лабораторные работы 1. Исследование зон Френеля и дифракции радиоволн на препятствии.

2. Исследование поля излучателя, расположенного вблизи поверхности Земли.

3. Распространение радиоволн в условиях города.

4. Моделирование процесса нагрева биологического объекта СВЧ полем.

4.4. Расчетные задания Расчет проникновения плоской электромагнитной волны в плоскослоистую модель биоткани Расчет собственного излучения биообъектов в радиодиапазоне.

Применение санитарных норм для оценки влияния электромагнитных полей радиодиапазона на человека.

Расчет согласования антенны – аппликатора с плоской моделью биоткани в волноводном приближении.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы «Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен».

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

лекционные занятия проводятся в традиционной форме, в форме проблемных лекций (с постановкой в начале занятия какой-либо проблемы с дальнейшим изложением различных путей ее решения ), в форме презентаций.

Практические занятия – проводятся в традиционной форме Лабораторные занятия проводятся на экспериментальных установках либо в компьютерном классе.

Самостоятельная работа включает: подготовку к лекционным занятиям, лабораторным работам,, выполнение домашних заданий, подготовку к зачету

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ,

ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются коллоквиумы, домашние задания, индивидуальные расчетные задания.

Аттестация по дисциплине – экзамен Оценка за освоение дисциплины определяется по результатам сдачи экзамена В приложение к диплому вносится оценка за 5-й семестр

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1. Распространение радиоволн. В.А. Пермяков, В.В. Солодухов, В.В. Бодров, М.В. Исаков, М., Издательский дом МЭИ, 2008.

2. Учебно – методический комплекс «Электродинамика и распространение радиоволн (раздел «Распространение радиоволн») (Электронное издание), М,МЭИ, 2006.

3. Кузнецов А.Н. Биофизика электромагнитных воздействий. М. Энергоатомиздат, 1994.

б) дополнительная литература:

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

Программное обеспечение - MathCad

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Компьютерный класс кафедры АУРРВ Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО : 201000 Биотехнические системы и технологии для профиля подготовки: Биотехнические и медицинские аппараты и системы

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

"СОГЛАСОВАНО":

Зав. кафедрой Основ радиотехники "СОГЛАСОВАНО":

директор ИРЭ "УТВЕРЖДАЮ":

и.о. зав. кафедрой АУРРВ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ

_ Направление подготовки: 201000, биотехнические системы и технологии Профиль подготовки: биотехнические и медицинские аппараты и системы Квалификация (степень) выпускника: бакалавр Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"СПЕЦИАЛЬНЫЕ РАЗДЕЛЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ"

№ дисциплины по учебному плану:

Часов (всего) по учебному плану:

Трудоемкость в зачетных едисеместр - ницах:

Объем самостоятельной рабочас ты по учебному плану (всего)

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является обеспечение студентов базовыми знаниями современной теории электрических цепей и отдельных разделов электротехники.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

владеть культурой мышления, проводить обобщение и анализ, адекватно воспринимать информацию, грамотную ставить цель и выбирать пути ее достижения (ОК-1);

логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь (ОК-2);

работать в коллективе, в кооперации с коллегами (ОК-3);

стремиться к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства (ОК-6);

использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в своей профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);

выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физикоматематический аппарат (ПК-2);

владеть методами решения задач анализа и расчета характеристик электрических цепей (ПК-4);

владеть основными приемами обработки и представления экспериментальных данных Задачами дисциплины являются:

познакомить обучающихся с основными понятиями теории электрических цепей, математическими моделями элементов цепи, методами анализа линейных цепей при постоянном и гармоническом воздействиях, частотными характеристиками линейных фильтров, методами анализа нестационарных процессов и процессов в цепях с распределенными параметрами;

научить студентов самостоятельно решать задачи анализа линейных электрических цепей и расчета их характеристик;

обучить студентов методам экспериментального исследования характеристик и режимов в электрических цепях.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю «Биотехнические и медицинские аппараты и системы» направления 201000 «Биотехнические системы и технологии».

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: математика (2.1.01), физика (2.1.02), электротехника и электроника,ч.1(3.1.03).

Знания, полученные при освоении дисциплины, необходимы при изучении дисциплин: электродинамика; метрология, стандартизация и технические измерения; электротехника и электроника, ч.2; узлы и элементы биотехнических систем; средства съема диагностической информации и подведения лечебных воздействий; специальные разделы электротехники; цепи и сигналы; основы приема и обработки сигналов; формирование колебаний, а также при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и программы магистерской подготовки.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

основные определения, топологические параметры и методы расчета электрических цепей, фундаментальные законы и математические модели цепей, методы расчета характеристик линейных цепей переменного тока и цепей с нелинейными элементами (ОК-10).

Уметь:

проводить анализ и расчет линейных цепей переменного тока, анализ и расчет электрических цепей с нелинейными элементами (ПК-4);

использовать основные законы естественнонаучных дисциплин рассчитывать и экспериментально определять режимы и характеристики электрических цепей, использовать основные приемы обработки экспериментальных данных, давать качественную физическую трактовку полученным результатам (ОК-10);

логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь (ОК-2);

выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-2);

проводить обобщение и анализ, адекватно воспринимать информацию, грамотную ставить цель и выбирать пути ее достижения (ОК-1);

саморазвиваться, повышать свою квалификацию и мастерство (ОК-6).

Владеть:

методами решения задач анализа и расчета характеристик электрических цепей (ПК-4);

культурой мышления (ОК-3);

методами математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования электрических цепей (ОК-10);

основными приемами обработки и представления экспериментальных данных (ПК-5).

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часа.

Раздел дисциплины.

Анализ нестационарных процессов методом дифОпрос на знание теоференциальных уравнерии. Проверка доний Переходная и иммашнего задания.

пульсная характеристики линейных цепей Анализ нестационарных процессов в линейной электрической цепи мераздела 1 расчетного тодом преобразования Явления в нагруженной линии передачи. Матзадания. Проверка ричное описание нагрураздела 4 расчетного женного отрезка линии передачи.

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения 4.2.1. Лекции 1. Анализ нестационарных процессов методом дифференциальных уравнений Переходная и Понятие о нестационарных процессах. Непрерывность изменения энергии электрического и магнитного полей. Правила коммутации. Зависимые и независимые начальные условия. Порядок цепи. Применение метода дифференциальных уравнений для анализа переходных процессов. Дифференциальные уравнения простейших цепей и методы их решения. Свободные и вынужденные составляющие токов и напряжений. Переходные процессы в цепях первого и второго порядков. Зависимость характера переходных процессов в цепи от типа корней характеристического уравнения. Постоянная времени цепи и время установления колебаний.

Влияние потерь на характер свободного процесса. Временные характеристики линейных цепей. Понятие о единичном скачке и единичном импульсе и их свойства. Переходная и импульсная характеристики.

2. Анализ нестационарных процессов в линейной электрической цепи методом преобразования Лапласа Метод анализа переходных процессов с использованием преобразования Лапласа. Прямое и обратное преобразование Лапласа. Оригиналы и изображения. Операторное сопротивление и операторная проводимость. Операторные схемы замещения элементарных двухполюсников при нулевых и ненулевых начальных условиях. Законы Ома и Кирхгофа в операторной форме. Операторная схема замещения электрической цепи.

3. Анализ нестационарных процессов в линейной электрической цепи методом интеграла Связь между операторными и временными характеристиками линейной электрической цепи.

Понятие о собственных функциях линейной цепи. Использование принципа суперпозиции для анализа нестационарных процессов в линейных цепях. Использование переходной и импульсной характеристик для анализа неустановившихся и переходных процессов. Интеграл Дюамеля. Системная функция линейной цепи. Входные и передаточные функции. Понятие о комплексной частоте. Нули и полосы системной функции.

4. Цепи с распределенными параметрами. Телеграфные и волновые уравнения. Уравнения Понятие о цепях с распределенными параметрами. Линии передачи в электротехнике и их классификация. Первичные параметры линий передачи. Эквивалентная схема отрезка линии малой длины. Дифференциальные уравнения линии передачи для мгновенных значений токов и напряжений. Решение дифференциальных уравнений линии. Понятие о прямой и обратной волнах. Волновое сопротивление линии. Однородная линия передачи при гармоническом воздействии. Длина волны в линии, фазовая скорость. Характеристические параметры длинной линии.

5. Явления в нагруженной линии передачи. Матричное описание нагруженного отрезка линии Явления в нагруженной линии передачи. Падающая и отраженная волны. Коэффициент отражения. Распределение амплитуд напряжения и тока в линии без потерь при различных видах нагрузки. Режимы бегущих, стоячих и смешанных волн. Понятие коэффициента стоячей (КСВ) и коэффициента бегущей волны (КБВ). Линия передачи как четырехполюсник. Матрица передачи и входное сопротивление отрезка линии передачи без потерь.

4.2.2. Практические занятия:

Собственные колебания в цепях 1-го порядка.

Свободные процессы в колебательных контурах.

Импульсные и переходные характеристики линейных цепей.

Операторное сопротивление двухполюсника. Изображение сигналов по Лапласу.

Анализ нестационарных процессов в линейных цепях операторным методом.

Метод интеграла Дюамеля. Контрольная работа.

Волновые процессы в линии передачи.

Расчет параметров нагруженной линии передачи.

Расчет распределения амплитуд напряжения и тока в линии передачи.

4.3. Лабораторные работы:

Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены.

4.4. Расчетные задания:

Анализ нестационарных процессов в электрической цепи 2-го порядка.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в традиционной форме.

Практические занятия включают закрепление теоретического материала в форме решения и разбора задач, выполнения контрольных заданий по отдельным темам.

Самостоятельная работа включает отработку методики расчета электрических цепей при выполнении домашних заданий и расчетного задания, подготовку к контрольным работам и зачету.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ,

ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются проверка индивидуальных домашних заданий, проверка разделов расчетного задания, контрольные работы, устный опрос.

Аттестация по дисциплине – дифференцированный зачет.

Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка на зачете.

В приложение к диплому вносится оценка за 4 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1. Попов В.П. Основы теории цепей: Учебник для вузов спец. "Радиотехника" - М.:

Высшая школа, 2000 г. - 496 с.

2. Баскаков С.И. Лекции по теории цепей. - М.: Эдиториал УРСС, 2001. -224 с.

3. Гречихин В.А. Основы теории цепей. Руководство к решению задач анализа линейных цепей с сосредоточенными параметрами: М.: Изд. МЭИ, 2002. - 80с.

5. Гречихин В.А. Основы теории цепей. Руководство к решению задач анализа и синтеза двухполюсников и четырехполюсников: Учебное пособие по курсу «Основы теории цепей»

для студентов, обучающихся по направлению «Радиотехника». М. : Издательство МЭИ, 2003. 84 с.

б) дополнительная литература:

1. Гречихин В.А., Шалимова Е.В. Методические указания к использованию программного пакета MATHCAD при решении задач анализа цепей (методическая разработка). М.: Изд-во МЭИ, 2002. 48 с.

2. Основы теории цепей. Лабораторные работы №№ 3, 5, 7, 8: методическое пособие / Б.П.

Поллак, Л.И. Пейч, С.В. Пучин, Д.А. Точилин; под ред. В.А. Гречихина. – М.: Издательский дом МЭИ, 2007. – 24 с.

3. Поллак Б.П., Пейч Л.И., Точилин Д.А. Основы теории цепей. Лабораторные работы № 10, 11, 13, 14: методическое пособие / Под ред. В.А. Гречихина. – М.: Издательский дом МЭИ, 2009. – 32 с.

4. Марченко, А. Л. Лабораторный практикум по электротехнике и электронике в среде Multisim + CD : учебное пособие для вузов / А. Л. Марченко, С. В. Освальд. – М. : ДМК Пресс, 2010. – 448 c.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

http://www.pilab.ru/csi/AUK/RadioTech/OTC2/OTC2_index.htm б) другие:

электронные версии учебных пособий и описаний лабораторных работ (http://www.irempei.ru);

Электротехника и электроника [Электронный образовательный ресурс] : лабораторный практикум с дистанционным доступом по компьютерным сетям.- Электрон. текстовые, граф. дан / С. И. Маслов, Ю. В. Арбузов, А. В. Берилов, и др., Моск. энерг. ин-т (ТУ). – М. : МЭИ (ТУ), 2007.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины используется электронный образовательный ресурс «Электротехника и электроника: лабораторный практикум с дистанционным доступом по компьютерным сетям.- Электрон. текстовые, граф. дан / С. И. Маслов, Ю. В. Арбузов, А. В.

Берилов, и др., Моск. энерг. ин-т (ТУ). – М. : МЭИ (ТУ), 2007», а также специализированное программное обеспечение для моделирования на базе программного пакета LabView.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 201000, биотехнические системы и технологии.

Профиль подготовки: биотехнические и медицинские аппараты и системы.

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

"СОГЛАСОВАНО":

Директор ИРЭ "УТВЕРЖДАЮ":

Зам. зав. кафедрой к.т.н., доцент Крамм М.Н.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ (ИРЭ)

_ Направление подготовки: 201000 Биотехнические системы и технологии Профиль подготовки: Биотехнические и медицинские аппараты и системы Квалификация (степень) выпускника: бакалавр Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

№ дисциплины по учебному плаИРЭ Б 3.2. цах:

Расчетные задания, рефераты 30 час самостоят. работы 5 семестр Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего) Курсовые проекты (работы)

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является изучение характеристик биотехнических сигналов и методов анализа их прохождения через линейные и нелинейные электрические цепи.

По завершении освоения данной дисциплины студент должен обладать следующими компетенциями:

способностью владеть культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);

способностью логически верно, аргументированно и ясно строить устную и письменную речь (ОК-2);

способностью осознавать социальную значимость своей будущей профессии, обладать высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности (ОК-8);

способностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);

способностью выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физикоматематический аппарат (ПК-2);

готовностью учитывать современные тенденции развития электроники, измерительной и вычислительной техники, информационных технологий в своей профессиональной деятельности (ПК-3);

способностью владеть методами решения задач анализа и расчета характеристик электрических цепей (ПК-4);

способностью владеть основными приемами обработки и представления экспериментальных данных (ПК-5);

способностью осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования деталей, компонентов и узлов биотехнических систем, биомедицинской и экологической техники (ПК-9);

готовностью к участию в проведении медико-биологических, экологических, и научнотехнических исследований с применением технических средств, информационных технологий и методов обработки результатов (ПК-20);

способностью выполнять математическое моделирование объектов и процессов по типовым методикам, в том числе с использованием стандартных пакетов прикладных программ;

Задачами дисциплины являются :

научить студентов современным методам математического описания сигналов, цепей и их характеристик в сочетании с пониманием физических процессов и явлений;

научить студентов математическим методам анализа биотехнических сигналов и их преобразованиям в электрических цепях, методам исследования основных нелинейных преобразований;

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю "Биотехнические и медицинские аппараты и системы" направления 201000 Биотехнические системы и технологии.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Математика», «Физика», «Информационные технологии», «Электротехника и электроника».

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при изучении дисциплин «Узлы и элементы биотехнических систем», «Автоматизация обработки биомедицинской информации», «Технические методы диагностических исследований и лечебных воздействий», «Средства съема диагностической информации и подведения лечебных воздействий», «Основы приема и обработки сигналов», «Формирование колебаний», а также при выполнении выпускной бакалаврской работы.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

основные виды биотехнических сигналов, их характеристики; основы теории дискретных сигналов (ОК-10, ПК-2);

методы анализа прохождения биотехнических сигналов через линейные, нелинейные и параметрические цепи (ОК-10, ПК-4);

Уметь:

использовать стандартные пакеты прикладных программ для решения практических задач (ПК-20);

решать прикладные задачи определения характеристик сигналов после прохождения через линейные и нелинейные электрические цепи (ПК-2, ПК-4);

Владеть:

методами определения спектральных и корреляционных характеристик биотехнических сигналов (ПК-2);

методами анализа прохождения биотехнических сигналов через линейные и нелинейные электрические цепи (ПК-4, ПК-20).

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единицы, 180 часов.

Раздел дисциплины.

Основы теории детерКонтрольная работа минированных сигналов Анализ прохождения нейных устройствах Обработка сигналов нейными системами 4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения 4.2.1. Лекции Математические модели биотехнических сигналов. Классификация сигналов. Принцип динамического представления сигналов. Элементарные сигналы.

Спектральный и корреляционный анализ детерминированных сигналов. Периодические сигналы. Ряд Фурье в базисе тригонометрических функций Комплексная форма ряда Фурье. Спектральное представление непериодических сигналов. Спектральная плотность и ее свойства. Спектральная плотность неинтегрируемых сигналов. Энергетический спектр, его свойства.

Корреляционный анализ сигналов. Автокорреляционная функция, ее связь с энергетическим спектром. Взаимно корреляционная функция. Понятие о корреляционной обработке сигналов.

Модулированные радиосигналы. Виды модуляции. Сигналы с амплитудной модуляцией (АМ) и их характеристики. Сигналы с угловой модуляцией. Фазовая модуляция (ФМ) и частотная модуляция (ЧМ). Девиация частоты и индекс угловой модуляции. Спектры сигналов с угловой модуляцией. Практическая ширина спектра.

Понятие о сложномодулированных сигналах. Фазоманипулированные сигналы и импульсы с линейной частотной модуляцией, их характеристики.

Понятие узкополосного сигнала. Физическая огибающая и комплексная огибающая.

Аналитический сигнал. Спектр аналитического сигнала и комплексной огибающей.

3. Анализ прохождения сигналов через линейные цепи Взаимосвязь различных методов анализа прохождения детерминированных сигналов через линейные цепи, их сравнительная характеристика.

Анализ прохождения амплитудно-модулированных и частотно-модулированных сигналов через избирательные цепи. Условия неискаженного прохождения модулированных сигналов.

Анализ прохождения радиосигналов через избирательные цепи методом низкочастотных эквивалентов.

4. Обработка электрических сигналов в нелинейных устройствах Понятие нелинейной безынерционной системы. Спектральный состав тока при воздействии гармонического сигнала на нелинейный безынерционный элемент. Резонансное усиление больших гармонических колебаний. Умножение частоты. Амплитудная модуляция. Детектирование АМ сигналов. Воздействие нескольких гармонических сигналов на нелинейные элементы. Теория комбинационных частот.

5. Обработка сигналов параметрическими линейными системами.

Классификация параметрических систем. Способы реализации безынерционных параметрических устройств. Преобразование частоты. Синхронное детектирование. Обработка сигналов реактивными параметрическими цепями. Принципы параметрического усиления.

Понятие о дискретных и цифровых сигналах. Основы дискретизации непрерывных сигналов. Выбор интервала дискретизации. Теорема В.А.Котельникова. Спектры дискретных сигналов. Погрешности дискретизации и восстановления сигналов. Число степеней свободы сигнала. Дискретное преобразование Фурье, его свойства. Быстрое преобразование Фурье. z-преобразование.

4.2.2. Практические занятия Спектры периодических и непериодических сигналов.

Корреляционная теория сигналов.

Модулированные сигналы.

Прохождение модулированных сигналов и радиоимпульсов через избирательные цепи.

Нелинейное резонансное усиление и умножение частоты.

Амплитудная модуляция.

Детектирование АМ сигналов.

Преобразование частоты.

Теория комбинационных частот.

Параметрическое усиление.

Дискретные сигналы.

4.3. Лабораторные работы №1. Спектральный анализ сигналов.

№2. Воздействие АМ сигналов и радиоимпульсов на избирательные цепи.

№3. Нелинейное резонансное усиление.

№4. Детектирование АМ сигналов.

4.4. Расчетные задания Расчет спектров биотехнических сигналов.

Анализ прохождения радиосигналов через резонансные усилители.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в традиционной форме, а также с использованием презентаций.

Практические занятия включают закрепление теоретического материала, решение и разбор задач.

Самостоятельная работа включает изучение теоретического материала, решение домашних задач, подготовку к контрольным работам и лабораторным работам, выполнение расчетного задания, его оформление и подготовку к защите, подготовку к зачету и экзамену.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ,

ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются контрольные работы, устный опрос, проверка домашних заданий, защита лабораторных работ, защита расчетного задания..

Аттестация по дисциплине – экзамен.

Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка на экзамене В приложение к диплому вносится оценка за 5 семестр

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

28. _ Ба скаков С.И..Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 2000.

29. _ Ба скаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. Руководство к решению задач. М.: Высшая школа, 2002.

б) дополнительная литература:

9. Карташев В.Г., Жихарева Г.В. Основы теории сигналов М.: МЭИ, 2002.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

Генераторно-измерительная система ГИС на базе среды LabVIEW б) другие:

Система MathCad для выполнения расчетных заданий.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины используется компьютеризованная учебная лаборатория, оснащенная универсальными стендами с аппаратно-программными комплексами на базе среды LabVIEW.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 201000 Биотехнические системы и технологии.

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

"СОГЛАСОВАНО":

Директор ИРЭ "УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ (ИРЭ)

_ Направление подготовки: 201000 Биотехнические системы и технологии Профиль подготовки: Биотехнические и медицинские аппараты и системы Квалификация (степень) выпускника: бакалавр Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА И МИКРОПРОЦЕССОРЫ"

№ дисциплины по учебному плану:

Часов (всего) по учебному плану:

Трудоемкость в зачетных едисеместр – ницах:

Объем самостоятельной рабосеместр ты по учебному плану (всего) Курсовые проекты (работы)

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является изучение методов синтеза, анализа и экспериментального исследования цифровых устройств биотехнического применения.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);

способностью выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физикоматематический аппарат (ПК-2);

способностью владеть основными приемами обработки и представления экспериментальных данных (ПК-5);

способностью собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научнотехническую информацию по тематике исследования, использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии (ПК-6);

осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования деталей, узлов и устройств радиотехнических систем (ПК-9);

выполнять расчет и проектирование деталей, узлов и устройств радиотехнических систем в соответствии с техническим заданием с использованием средств автоматизации проектирования (ПК-10);

способностью владеть правилами и методами монтажа, настройки и регулировки узлов биотехнических систем, в том числе связанных с включением человека-оператора в контур управления биомедицинской и экологической электронной техники (ПК-27);

Задачами дисциплины являются познакомить обучающихся с современной элементной базой цифровых устройств;

изучить основы теории синтеза цифровых устройств;

дать информацию о функционировании и построении типовых узлов цифровых устройств и систем;

обучить методике проектирования и экспериментального исследования цифровых, цифро-аналоговых и аналого-цифровых устройств;

ознакомить обучающихся с методами проектирования цифровых устройств на основе программируемых логических схем с помощью систем автоматизированного проектирования, таких как MaxPlus BaseLine и Quartus II фирмы Altera.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю: «Биотехнические и медицинские аппараты и системы» направления 201000 Биотехнические системы и технологии.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Электротехника и электроника», «Цепи и сигналы», «Метрология, стандартизация и измерения» и «Узлы и элементы биотехнических систем».

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин "Цифровая обработка сигналов", «Основы приема и обработки сигналов», "Формирование сигналов" и «Основы телевидения».

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Знать:

основные источники научно-технической информации по элементной базе и методам разработки цифровых устройств (ОК-10);

основы схемотехники и элементную базу цифровых электронных устройств (ПК-9), функционирование и построение типовых узлов цифровых устройств (ПК-9);

методы синтеза, анализа и отладки цифровых устройств на современной элементной базе (ПК-5, ПК-9);

методы и средства цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразования сигналов Уметь:

анализировать и систематизировать научно-техническую информацию по тематике построения цифровых устройств, использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии (ПК-6);

осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования цифровых узлов и устройств биотехнических систем (ПК-9);

применять компьютерные системы и пакеты прикладных программ для проектирования и исследования цифровых устройств (ПК-10);

выполнять расчет и проектирование деталей, узлов и устройств биотехнических систем в соответствии с техническим заданием с использованием средств автоматизации проектирования (ПК-10);

Владеть:

терминологией в области цифровой техники (ПК-6);

методами синтеза и анализа цифровых устройств (ПК-9, ПК-10);

типовыми программными средствами для автоматизации проектирования и моделироo вания радиоэлектронных цепей, устройств и систем (ПК-10);

o методами цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразования сигналов (ПК-9) o навыками реализации и отладки цифровых устройств (ПК-5, ПК-27);

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц, 180 часов.

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения 4.2.1. Лекции Понятие о цифровых устройствах и методе их синтеза. Переключательные функции и логические элементы. Элементная база цифровых устройств. Цифровые интегральные схемы (ЦИС), основные статические и динамические характеристики и параметры. Понятие серии ЦИС, классификация, обозначения. Транзисторно-транзисторные логические (ТТЛ, ТТЛШ) элементы, быстродействующие эмиттерно-связанные (ЭСЛ) элементы, логические элементы на полевых транзисторах (КМОП элементы). Варианты схемных построений, функционирование, характеристики и параметры. Шинные драйверы с открытым коллектором (стоком), тремя состояниями выхода. Шинные приемопередатчики. Схемы, функционирование, параметры, характеристики. Сравнительная оценка серий ЦИС различных технологий.

Постановка задачи синтеза цифровых устройств (автоматов). Представление информации в цифровом виде. Системы счисления. Двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления, переход от одной системы к другой. Основы алгебры логики и теории переключательных функций. Аксиомы, тождества и теоремы алгебры логики. Логические функции двух аргументов и двухвходовые логические элементы, минтермы и макстермы. Способы задания логических функций и переход от одной формы к другой. Функциональная полнота наборов функций и логических элементов. Минимизация логических функций. Методы Квайна и Вейча-Карно. Минимизация частично определенных функций. Совместная минимизация логических функций. Эффект состязаний в цифровых устройствах. Синтез схем, свободных от состязаний. Классификация цифровых устройств.

Комбинационные цифровые устройства и их синтез в различных наборах логических элементов. Шифраторы, дешифраторы, кодопреобразователи, мультиплексоры, демультиплексоры. Использование мультиплексоров для построения цифровых комбинационных устройств. Арифметические сумматоры, Прямой, обратный и дополнительный коды, их использование для алгебраического сложения. Арифметико-логические устройства. Цифровые умножители двоичных чисел. Цифровые компараторы.

Последовательностные цифровые устройства. Асинхронные и синхронные цифровые автоматы и особенности их синтеза. Триггеры. Классификация триггеров, параметры быстродействия. Асинхронные и синхронные триггеры с установочными входами и потенциальным управлением. Синтез, анализ функционирования и быстродействия. Триггеры задержки, счетные и универсальные триггеры с динамическим управлением, особенности построения и функционирования. Взаимозаменяемость различных триггеров.

Счетчики и их классификация по модулю счета, коду, способу переключения разрядов, арифметической операции. Синхронные и асинхронные счетчики, синтез и анализ функционирования, оценка быстродействия. Особенности схемного построения, функционирования и применения универсальных счетчиков в интегральном исполнении. Наращивание разрядности счетчиков.

Регистры и их классификация по способу ввода-вывода информации. Регистры памяти и сдвигающие регистры. Универсальные регистры ЦИС. Устройства, реализуемые на основе регистров: распределители импульсов, кольцевые счетчики, генераторы кодовых последовательностей. Синтез и анализ устройств на ЦИС.

7. Цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи Преобразователи сигналов. Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), принцип действия, основные параметры. Функциональные цифроаналоговые преобразователи. Аналогоцифровые преобразователи (АЦП), классификация по методу преобразования. Параллельный АЦП. Конвеерный АЦП, дельта-сигма АЦП.

8. Программируемые логические интегральные схемы Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Упрощенная структурная схема ПЛИС, ее основные узлы, программирование, функционирование. ПЛИС семейств CPLD и FPGA. Архитектура, основные узлы. Конфигурируемые логические блоки, конфигурируемые блоки памяти, блоки DSP и PLL и блоки ввода-вывода. Системы автоматизированного проектирования (САПР) ПЛИС. Основные операции САПР, выполняемые при проектировании цифровых устройств на ПЛИС.

4.2.2. Практические занятия Элементная база цифровых устройств Комбинационные устройства Триггеры Счетчики Регистры и устройства на их основе Цифроаналоговые преобразователи Аналого-цифровые преобразователи Программируемые логические интегральные схемы 4.3. Лабораторные работы № 1. Исследование логических элементов.

№ 2. Синтез и исследование комбинационных цифровых устройств.

№ 3. Синтез и исследование триггеров.

№ 4. Синтез и исследование счетчиков.

№ 5. Синтез и исследование устройств на основе регистров.

№ 6. Исследование цифроаналоговых преобразователей.

№ 7. Исследование аналого-цифровых преобразователей.

№ 8. Проектирование цифровых устройств на ПЛИС.

4.4. Расчетные задания Расчет цифрового тонометра 4.5. Курсовые проекты и курсовые работы учебным планом не предусмотрены.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме проблемных лекций, лекций с использованием презентаций, видео роликов и демонстраций конкретного проектирования цифровых устройств с использованием современных систем автоматизированного проектирования.

Практические занятия предусматривают углубленное рассмотрение основных разделов дисциплины, решение типовых задач синтеза и анализа изучаемых устройств.

Лабораторные занятия посвящены синтезу и экспериментальному исследованию цифровых и цифроаналоговых устройств по индивидуальным заданиям.

Самостоятельная работа включает подготовку к лабораторным и контрольным работам, выполнение расчетного задания, подготовку к зачету и экзамену.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ,

ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные работы, защиты лабораторных работ и расчетного задания.

Аттестация по дисциплине – экзамен.

Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка на экзамене.

В приложение к диплому вносится оценка за 6 семестр

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1. Матюшин О.Т. Цифровые устройства и субсистемы. – М: МЭИ, 2009. 144 с.

2. Матюшин О.Т. Архитектура и функционирование ПЛИС.- М.: МЭИ, 2003. 32 с.

3. Нарышкин А.К. Логические элементы цифровых устройств. – М.: МЭИ, 2004. 64с.

4. Нарышкин А.К. Цифровые устройства и микропроцессоры.– М.: Издательский центр «Академия», 2006. 320 с.

б) дополнительная литература:

1. Антонов А.П. Язык описания цифровых устройств AlteraHDL.- М.: ИП РадиоСофт, 2001.

2. Комолов Д.А., Мяльк Р.А., Зобенко А.А., Филиппов А.С. Системы автоматизированного проектирования фирмы Altera МАХ+PLUS II и QUARTUS II. – М.: РадиоСофт, 2002. 3. Матюшин О.Т. Проектирование цифровых устройств на ПЛИС.-М.: МЭИ, 1999. 16 с.

4. Матюшин О.Т., Нарышкин А.К. Синтез и исследование цифровых устройств. – М.: МЭИ, 2005. 28 с.

5. Микушин А.В., Сажнев А.М., Соединин В.И. Цифровые устройства и микропроцессоры.СПб.: БХВ-Петербург, 2010. 832 с.

6. Нарышкин А.К., Матюшин О.Т. Проектирование цифровых устройств: метод. пособие по курсу «Цифровые устройства и микропроцессоры» – М.: МЭИ, 2006. 23 с.

7. Нарышкин А.К. Транзисторно-транзисторные логические элементы – М.: МЭИ, 2004. 8. Никамин В.А. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Справочник.

СПб.: Корона, 2003. 224 с.

9. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. СПб, БВХ-Петербург, 2010. 840 с.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

www.altera.com; www.xilinx.com; www.analog.com, www.altera.ru, www.plis.ru, www.vzpp-s.ru.

б) другие:

иллюстрационный материал по дисциплине, электронная версия учебных пособий и описаний лабораторных работ.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и показа учебных фильмов, учебная лаборатория с ПЭВМ и со стендами по темам дисциплины.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 201000 «Биотехнические системы и технологии» и профилю подготовки: «Биотехнические и медицинские аппараты и системы».

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

"СОГЛАСОВАНО":

Директор ИРЭ "УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой Радиотехнических приборов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ (ИРЭ)

_ Направление подготовки: 201000 Биотехнические системы и технологии Профиль подготовки: Биотехнические и медицинские аппараты и системы Квалификация (степень) выпускника: бакалавр Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ

ПРОИЗВОДСТВА РЭС»

№ дисциплины по учебному плану:

Часов (всего) по учебному плану:

Трудоемкость в зачетных едисеместр ницах:

ты по учебному плану (всего)

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является изучение базовых принципов проектирования конструкций биотехнических и медицинских РЭС, оптимального выбора компонентов конструкций, обеспечения надежности, принципов защиты от дестабилизирующих факторов, технологии изготовления деталей и блоков РЭС.

По завершению освоения данной дисциплины студент, согласно ФГОС ВПО способен и готов:

самостоятельно работать, принимать решения в рамках своей профессиональной деятельности (ОК-1);

проводить предварительное технико-экономическое обоснование проектов биомедицинской и экологической техники (ПК-8);

осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования конструкций узлов, блоков и систем, биомедицинской техники (ПК-9);

выполнять расчеты и проектирование деталей, проводить выбор компонентов и узлов биотехнических систем в соответствии с техническим заданием с использованием средств автоматизации проектирования (ПК-10);

разрабатывать проектную и техническую документацию, оформлять проектноконструкторские работы в предметной сфере биотехнических систем и технологий (ПК-11);

анализировать научно-техническую информацию, публично выступать, вести дискуссию и полемику по проблемам конструирования, технологии производства и обеспечения надежности биотехнических систем (ОК-2, ОК-12, ПК-6);

принимать и обосновывать конкретные технические решения при создании объектов радиоэлектронных средств (ПК-9);

использовать информацию о новых методах проектирования конструкций и технологических процессов (ПК-14).

Задачами дисциплины являются:

познакомить обучающихся с основными принципами конструирования РЭС на основе базового принципа конструирования;

познакомить с методами расчета и обеспечения надежной работы, технологическими процессами при производстве деталей и блоков радиоэлектронных устройств;

дать информацию о методах оптимального выбора материалов, компонентов и конструктивов, применяемых при производстве РЭС, показать влияние на выходные характеристики конструкций дестабилизирующих факторов и указать пути их минимизации;

научить принимать и обосновывать конкретные технические решения при системном конструировании РЭС.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю «Биотехнические и медицинские аппараты и системы» направления 201000 Биотехнические системы и технологии.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Инженерная и компьютерная графика», «Конструкционные и биоматериалы» и учебно-производственной практике.

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате изучения дисциплины студенты должны:

- знать основные принципы конструирования и художественного проектирования медицинской техники; дизайна и эргономики медицинской техники, теоретические основы научных и прикладных проблем, возникающих в ходе выполнения этапов проектирования конструкций РЭС и технологий их производства;

- уметь оценивать надежность проектируемой медицинской техники, выбирать компоненты и геометрический вид формы с учетом функциональных, эргономических и эстетических свойств аппаратуры.

- иметь представление о современных технологических процессах производства РЭС, об электрических, конструктивных и эксплуатационных параметрах электрорадиоэлементов, о подходах к многокритериальному выбору типовых и унифицированных компонентов конструкций, об основах стандартизации и документооборота;

- владеть представлениями о направлениях развития конструирования, дизайна, эргономики и технологии производства медицинской техники, терминологией, методами анализа информации и навыками дискуссии по профессиональной тематике.

СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108 часов.

Раздел дисциплины.

ка. Свет и цвет. Диаграммы комфорта.

Выбор оптимальных ровании конструкций 5. Проектирование конструкций РЭС различного уровня и функционального назначеПодготовка реферата ния. Уровни функционального и конструктивного разукрупнения Основные методы защиты РЭС от воздействия дестабилизирующих факторов окруПодготовка реферата жающей среды. Теплозащита, влагозащита, защита от механических воздействий, ионизирующих излучений.

9 9. Технология коммутационных плат РЭС.

Коммутационные и печатные платы и технология производства коммутационных плат. Технология получения ри- Подготовка реферата сунков проводников.

Методы химического травления и электрохимического осаждения меди при производстве 10 Многослойные печатные платы. Электрические соединения в конструкциях. Пайка, сварка, термокомпрессия. Флюсы. Тонкопленочные и толстопленочные микросборки.

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения 4.2.1. Лекции 1. Введение. Конструкция РЭС – как сложная техническая система. Цикл жизни и основные этапы проектирования конструкций и технологий конкурентоспособной РЭА. Эволюция и поколения РЭС; классификация конструкций РЭС; условия эксплуатации РЭС.

Проблемы проектирования конструкций и технологий производства РЭС. Основные положения Единой системы конструкторской документации (ЕСКД); документооборот в системах сквозного проектирования конструкций и технологий РЭС. Параметрическая стандартизация.

2. Композиционное эргономическое проектирование конструкций РЭС. Информационно-психологическое взаимодействие оператора и РЭС. Элементы эргономики и эстетический дизайн. Основные свойства формообразования: статичность и динамичность, соразмерность, визуальная логика. Свет и цвет. Диаграммы комфорта.

3 Выбор оптимальных компонентов, технических решений и конструктивов при проектировании конструкций РЭС. Инженерные задачи выбора, принятия решений и оптимизации при конструировании.

4. Методы выбора элементной базы конструкций РЭС.

Формализованная постановка задачи выбора и задачи принятия решений при проектировании конструкций РЭС. Принцип оптимальности. Формирование требований по допустимости и критериальных требований. Метрические и неметрические постановки задачи выбора. Неметрические критерии сравнения вариантов S и -критерии. Сила критерия. Понятие частичных и линейных порядков. Диаграмма Хассе. Примеры выбора по критерию Парето. Лексикографический критерий. Критерий с уступками. Структурирование альтернатив в соответствии с критериальными постановками.

5. Проектирование конструкций РЭС различного уровня и функционального назначения. Уровни функционального и конструктивного разукрупнения РЭС, элементная и конструктивная базы РЭС; Система, шкаф, блок, узел, элемент. Принципы построения конструкционных систем РЭС и элементная база конструкций: состав, основные параметры, эволюция активных элементов, применяемость электрорадиоэлементов в конструкциях РЭС.

6. Основы теории надежности РЭС по постепенным отказам. Основные понятия и определения. Параметрическая надежность и методы ее анализа. Методы максимумаминимума и метод моментов при расчете параметрической надежности. Функция влияния, коэффициент влияния и методы их определения. Методы граничных испытаний, метод матричных испытаний, метод Монте-Карло, как методы натурных испытаний РЭС. Методы полной и неполной взаимозаменяемости. Методы достижения заданной точности. Компенсация и область ее применения. Подгонка и регулировка. Выбор метода установки регулировочных элементов. Введение ООС для обеспечения заданной точности. Метод вариации Кв.

Примеры.

7. Надежность РЭС по внезапным отказам. Основные характеристики надежности невосстанавливаемых систем и связь между ними. Вероятность безотказной работы; интенсивность отказов; частота отказов; среднее время исправной работы. Расчет надежности системы при заданных характеристиках надежности элементов. Коэффициенты нагрузки для основных радиоэлементов и их влияние на интенсивность отказов при разных температурах окружающей среды. Составление логической схемы для расчета надежности системы. Резервирование. Общее резервирование и расчет надежности для общего резервирования. Раздельное (поэлементное резервирование) и расчет надежности для поэлементного резервирования. Смешанное резервирование. Примеры.

8. Основные методы защиты РЭС от воздействия дестабилизирующих факторов окружающей среды. Защита от тепловых воздействий. Влагозащита. Защита РЭС от механических воздействий. Основы защиты РЭС от воздействия ионизирующих излучений. Основы защиты РЭС от воздействия непреднамеренных помех. Защита РЭС от химических и биологических воздействий.

9. Технология коммутационных плат РЭС. Коммутационные и печатные платы и технология производства коммутационных плат. Технология получения рисунков проводников на МПП. Метод химического травления и электрохимического осаждения при производстве ПП. Метод мультивайер. Многослойные печатные платы.

10. Проектирование конструкций РЭС различного уровня и функционального назначения. Понятия блочного, функционально-узлового и функционально-модульного методов проектирования; проектирование конструкций узлов I-го уровня (коммутационные и печатные платы) аналоговых и цифровых функциональных устройств; проектирование конструкций модулей и блоков II-го и III-го уровней энергетических и высоковольтных функциональных устройств; проектирование контрольно-испытательной аппаратуры; методы и способы межмодульной и межблочной коммутации. Электрические соединения в конструкциях.

Пайка, припои, пасты и флюсы. Сварка. Монтаж накруткой. Тонкопленочные и толстопленочные микросборки в РЭС.

4.2. Практические занятия: Практические занятия учебным планом не предусмотрены.

4.3. Лабораторные работы:

№ 1. Компьютерная обучающая лабораторная работа «Выбор 1м». Часть 1. Векторные критерии выбора конструктивов РЭС.

№ 2 Компьютерная обучающая лабораторная работа «Выбор 1м». Часть 2. Скалярные критерии выбора конструктивов РЭС.

№ 3. Компьютерная лабораторная работа «Сравнительный анализ критериев выбора».

№ 4. Компьютерная лабораторная работа “Многовариантное многокритериальное проектирование тонкопленочных R-ИМС».

№ 5. Компьютерная лабораторная работа “Многовариантное многокритериальное проектирование конденсаторных С-ИМС».

№ 6. Натурная лабораторная работа на установке: «Граничные испытания РЭА».

№ 7. Компьютерная лабораторная работа «Анализ надежности РЭА методом Монте-Карло и методом моментов».

№ 8. Натурная лабораторная работа «Исследование сварных соединений в печатных платах».

№ 9. Аудиторное зачетное занятие по защите типового расчета «Микросборка-R».

4.4. Расчетные задания: программой предусмотрен автоматизированный типовой расчет "МНОГОВАРИАНТНОЕ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЗИСТИВНОЙ МИКРОСБОРКИ". Задания выполняются по индивидуальным техническим заданиям (всего 120 заданий). Все задания включены в УМК на CD по дисциплине. Имеются также журналы заданий на бумажном носителе.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы. Курсовой проект учебным планом не предусмотрен».

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводиться, как в традиционной форме, так и в форме лекций с использованием компьютерных презентаций и видеофильмов (ЭОР), разработанных как на каф. РПУ МЭИ, так в других вузах.

Лабораторные занятия кроме традиционной формы проведения представляют собой компьютерные симуляции, деловые игры и др.

Самостоятельная работа включает: подготовку к лекционным занятиям, к тестам, контрольным работам, выполнение домашних заданий, подготовку и оформление рефератов, подготовку к зачету.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ,

ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные работы, устный опрос, защита типового расчета. Все контрольные вопросы доступны и включены в УМК по разделам дисциплины.

Аттестация по дисциплине – письменный дифференцированный зачет Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка на зачете.

В приложение к диплому вносится оценка за 7 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

30. _ Ка ндырин Ю.В. Электронный конспект лекций на CD по курсу "Конструирование и технология РЭС." Учебное пособие.– М.: МЭИ, 2009.

31. _ Ка ндырин Ю.В. Электронный конспект лекций на CD Основы теории выбора элементной базы радиоэлектронной аппаратуры по совокупности показателей качества. Учебное пособие.

Электронный конспект лекций - М.: МЭИ, 2010г.

Кандырин Ю.В. Покровский Ф.Н. Сорокин С.А. Элементы конструкций радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры /под ред. Ю.В. Кандырина - М., МЭИ, 1993. 304 c.

Ненашев А.П. Конструирование радиоэлектронных средств: Учебник для вузов. – М.:

33.

Высш. шк., 1990. – 432 с.

5. Поляков К.П. Конструирование приборов и устройств радиоэлектронной аппаратуры. -М.:

Радио и связь, 1982. -240 с.

б) дополнительная литература:

1. Фролов А.Д. Теоретические основы конструирования и надежности РЭА. Учебник для вузов. –М.: Изд «Высшая школа», 1970. -364с.

2.Курейчик В.М. Математическое обеспечение конструкторского и технологического проектирования САПР: Учебник для вузов. -М.: Радио и связь, 1990. -352 с.

3. Кандырин Ю.В. Методы и модели многокритериального выбора вариантов в САПР, Учебное пособие для вузов. –М.: Издательство МЭИ. 2004. -174с.

Методические указания по выполнению лабораторных работ.

1. Материалы лекций.

2. Описание лабораторной работы «Выбор 1м»: Дискретный выбор вариантов при конструировании. Обучающая лабораторная работа: Методическое пособие. -М.: Издательство МЭИ, 2005, 8с.

3. Описание лабораторной работы “ Сравнительный анализ критериев выбора компонентов РЭС» “. Методическое пособие. -М.: Издательство МЭИ, 2010, 16с.

Описание лабораторной работы «Граничные испытания РЭА» Методическое пособие. –М.: каф. РПУ МЭИ, 2006г. -16 с.

Описание лабораторной работы «Многовариантное многокритериальное проектирование тонкопленочных R-ИМС» Методическое пособие. –М.: каф. РПУ МЭИ, 2003г. с.

Описание лабораторной работы «Многовариантное проектирование тонкопленочных конденсаторных ИМС» Методическое пособие. –М.: Издательство МЭИ, 2006г. -16 с.

Описание лабораторной работы «Анализ надежности РЭА методом МонтеКарло и методом моментов». Методическое пособие. –М.: каф. РПУ МЭИ, 2008г. -16 с.

Описание лабораторной работы «Методы сварки и пайки при производстве ПП РЭС» Методическое пособие. –М.: каф. РПУ МЭИ, 2000г. -16 с.

7.2. Электронные образовательные ресурсы*):

1. УМК на CD по дисциплине «Основы конструирования и технологии РЭС» / под ред. Кандырина Ю.В. - 2008г. (650МБ).

2. УМК на CD “Выбор проектных решений» /под ред. Кандырина Ю.В. 2006г. (150МБ).

3. УМК на CD УМК – Лабораторный практикум на CD «Автоматизированный многокритериальный выбор вариантов в САПР РЭС» / под ред. Кандырина Ю.В. 2009г. (200 МБ) *) Все CD включают Учебные планы, программу дисциплины, методику изучения курса и его разделов. Отсканированную обязательную и дополнительную литературу, описания лабораторных работ и ТР, исполняемые файлы компьютерных лабораторных работ, наиболее актуальные скрины научных и методических статей по специальности, данные по известным специалистам в данном научном направлении.

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

http://www.pilab.ru, http://www.pilab.ru/csi/AUK/RadioTech/KITP/KITP_index.htm, http://www.apmath.spbu.ru/ru/staff/nogin/nogin_p02.html, http://systech.miem.edu.ru/ogl-51.html б) другие: Экскурсии в ООО «Формоза» для знакомства с технологией производства МПП, Экскурсии на полигон ОКБ МЭИ для знакомства с технологией производства ТнИМС.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и показа учебных фильмов.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 201000 «Биотехнические системы и технологии»

для профиля подготовки «Биотехнические и медицинские аппараты и системы».

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

"СОГЛАСОВАНО":

Директор ИРЭ "УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой Радиоприемных устройств

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ (ИРЭ)

_ Направление подготовки: 201000 Биотехнические системы и технологии Профиль подготовки: Биотехнические и медицинские аппараты и системы Квалификация (степень) выпускника: бакалавр Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«ОСНОВЫ ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ»

№ дисциплины по учебному плану:

Часов (всего) по учебному плану:

Трудоемкость в зачетных едисеместр – ницах:

Объем самостоятельной рабочас.

ты по учебному плану (всего)

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является изучение принципов построения, характеристик и методов расчета и проектирования устройств приема и обработки сигналов, применяемых в биотехнической и медицинской аппаратуре.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь (ОК-2);

использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);

учитывать современные тенденции развития электроники, измерительной и вычислительной техники, информационных технологий в своей профессиональной деятельности (ПК-3);

собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научно-техническую информацию по тематике исследования, использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии (ПК-6);

осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования компонентов и узлов биотехнических систем, биомедицинской и экологической техники (ПК-9);

выполнять расчет и проектирование компонентов и узлов биотехнических систем, биомедицинской и экологической техники в соответствии с техническим заданием с использованием средств автоматизации проектирования (ПК-10).

Задачами дисциплины являются познакомить обучающихся с принципами построения, характеристиками и методами расчета устройств приема и обработки сигналов, а также их основных функциональных дать информацию о схемных решениях, применяемых при практической реализации устройств приема и обработки сигналов в составе биотехнической и медицинской аппаратуры;

научить принимать и обосновывать конкретные технические решения при проектировании устройств приема и обработки сигналов.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю «Биотехнические и медицинские аппараты и системы» направления 201000 «Биотехнические системы и технологии».

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Цепи и сигналы», «Электротехника и электроника, Ч.1 и Ч.2», «Узлы и элементы биотехнических систем».

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплины «Биотехнические системы медицинского назначения».

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

основные принципы построения и структурные схемы устройств приема и обработки сигналов в биотехнической и медицинской аппаратуре (ОК-10, ПК-6, ПК-9);

основные характеристики устройств приема и обработки сигналов (ПК-9, ПК-10);

современные схемные решения, применяемые при практической реализации устройств приема и обработки сигналов, и тенденции их развития (ПК-3, ПК-9);

источники научно-технической информации по методам расчета и проектирования устройств приема и обработки сигналов (ПК-6, ПК-9).

Уметь:

выполнять расчеты характеристик устройств приема и обработки сигналов в биотехнической и медицинской аппаратуре (ПК-9, ПК-10);

осуществлять поиск и анализировать научно-техническую информацию и выбирать необходимые схемные решения блоков и узлов устройств приема и обработки сигналов (ПК-6, ПК-9);

проводить моделирование и экспериментальное исследование блоков и узлов устройств приема и обработки сигналов (ОК-10, ПК-10).

Владеть:

терминологией в области проектирования и применения устройств приема и обработки сигналов (ОК-2);

навыками поиска и анализа информации о параметрах и характеристиках устройств приема и обработки сигналов, а также их основных функциональных блоков (ПК-6, навыками применения полученной информации при проектировании устройств приема и обработки сигналов, а также их основных функциональных блоков (ПК-10).

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы, 72 часа.

Раздел дисциплины.

Преобразователи часРасчет преобразоватоты 4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения 4.2.1. Лекции 1. Общие сведения об устройствах приема и обработки сигналов Общие сведения об устройствах приема и обработки сигналов (УПОС). Типовые структурные схемы УПОС. Назначение и основные свойства блоков УПОС; состав и основные характеристики приёмника прямого усиления и с преобразованием частоты (супергетеродинного, инфрадинного, гомодинного); побочные каналы приёма. Прием сигналов с подавленной несущей и с одной боковой полосой. Основные электрические показатели качества УПОС (динамический диапазон, чувствительность, селективность, помехоустойчивость).

Односигнальная и многосигнальная избирательность.

2. Шумовая чувствительность устройств приема и обработки сигналов Статистические характеристики собственного шума УПОС. Номинальная мощность двухполюсника, коэффициент передачи номинальной мощности и коэффициент передачи проходной мощности четырёхполюсника, эквивалентная шумовая полоса пропускания четырёхполюсника. Тепловой шум активной проводимости, формула Найквиста, номинальная мощность теплового шума. Коэффициент шума и шумовая температура активного четырёхполюсника. Коэффициент шума и шумовая температура пассивного четырёхполюсника. Коэффициент шума и шумовая температура каскадно соединённых четырёхполюсников. Эквивалентная шумовая температура антенны. Расчёт шумовой чувствительности УПОС.

Назначение, состав и основные характеристики входных цепей (ВЦ) и устройств. Эквивалентная схема и основные характеристики ВЦ: коэффициенты включения, эквивалентные проводимости, коэффициент передачи и полоса пропускания ВЦ, коэффициент расширения полосы. Характеристики ВЦ при согласовании с антенной; влияние рассогласования с антенной. Широкополосные согласующие ВЦ.

Общие сведения о малошумящих усилителях радиочастоты (УРЧ) и их характеристики. Примеры типовых схем транзисторных УРЧ. Обобщённая эквивалентная схема каскада УРЧ и его характеристики: резонансный коэффициент усиления, полоса пропускания, коэффициент расширения полосы. Устойчивость работы УРЧ: причины неустойчивой работы, коэффициент устойчивости, коэффициент устойчивого усиления. Основные режимы работы УРЧ: коэффициенты включения, резонансный коэффициент усиления. Шумовые характеристики УРЧ. Методы повышения устойчивости и снижения коэффициента шума УРЧ. Динамический диапазон УРЧ.

Общие сведения о преобразователях частоты (ПЧ): принцип действия, структурная схема. Характеристики ПЧ: крутизна преобразования, коэффициент передачи, входная проводимость. Краткая теория ПЧ: эквивалентные Y-параметры в режиме преобразования частоты. ПЧ на биполярных и полевых транзисторах и в интегральном исполнении. Диодные ПЧ. Балансные и кольцевые ПЧ. ПЧ с фазовым подавлением зеркального канала. Амплитудно-частотная характеристика ПЧ. Динамический диапазон и шумовые характеристики ПЧ. Формирование квадратурных составляющих сигнала.

Назначение и классификация усилителей промежуточной частоты (УПЧ), основные характеристики. УПЧ с распределённой и сосредоточенной избирательностью. Общая характеристика свойств УПЧ с распределённой избирательностью. УПЧ с сосредоточенной избирательностью: структурная схема, варианты реализации фильтра сосредоточенной избирательности (LC-фильтры, пьезоэлектрические фильтры, активные фильтры). Линейные искажения АМ, ЧМ и импульсных сигналов в УПЧ. Нелинейные искажения демодулированных АМ и ЧМ сигналов, требования к форме АЧХ и ФЧХ УПЧ.

Назначение и основные характеристики диодного амплитудного демодулятора (АД):

схема, процессы в переходном и установившемся режимах, характеристики. Нелинейные искажения в АД, методы их уменьшения. Синхронный АД. Назначение и основные характеристики фазового демодулятора (ФД). ФД коммутационного типа на логических элементах.

Диодный балансный ФД векторомерного типа. Назначение, принцип действия, основные характеристики частотного демодулятора (ЧД). Балансный ЧД с преобразованием частотных отклонений в амплитудные. ЧД с преобразованием частотных отклонений в фазовые. Балансный ЧД с двумя связанными колебательными контурами. Цифровые демодуляторы, использующие низкочастотные квадратурные составляющие сигнала: алгоритмы работы и характеристики цифрового АД, цифрового ФД, цифрового ЧД. Влияние частоты дискретизации на характеристики цифровых демодуляторов.

4.2.2. Практические занятия № 1. Селективность и динамический диапазон УПОС № 2. Шумовая чувствительность УПОС № 3. Входные цепи УПОС № 4. Усилители радиочастоты № 5. Преобразователи частоты № 6. Усилители промежуточной частоты № 7. Демодуляторы сигналов 4.3. Лабораторные работы № 1. Определение основных показателей качества супергетеродинного приемного устройства № 2. Исследование блока высокой частоты супергетеродинного приемного устройства № 3. Демодуляторы сигналов 4.4. Расчетные задания Расчет преселектора супергетеродинного приемного устройства 4.5. Курсовые проекты и курсовые работы Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием раздаточных материалов и презентаций. Презентации лекций содержат большое количество графиков и схем.

Практические и лабораторные занятия включают обсуждение основных понятий и определений, разбор типовых расчетных методик, решение задач, проведение экспериментальных исследований и компьютерных симуляций с последующим обсуждением полученных результатов, выполнение тестов и контрольных работ с последующим разбором результатов, консультации по выполнению типового расчета.

Самостоятельная работа включает подготовку к тестам, контрольным и лабораторным работам, выполнение домашних заданий и типового расчета, подготовку к зачету и экзамену.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ,

ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные работы, выборочная проверка домашних заданий, устный опрос, защита лабораторных работ, защита типового расчета.

Аттестация по дисциплине – экзамен.

Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка на экзамене.

В приложение к диплому вносится оценка за 8 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

39. _ Ко нспект лекций по курсу «Устройства приема и обработки сигналов» / Электронное издание «Устройства приема и обработки сигналов: учебно-методический комплекс». – М.: МЭИ, 2006 (Номер госрегистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320601339).

40. _ М етодические указания к типовому расчету по курсу «Устройства приема и обработки сигналов» / Электронное издание «Устройства приема и обработки сигналов: учебнометодический комплекс». – М.: МЭИ, 2006 (Номер госрегистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320601339).

41. _ Ко лосовский Е.А. Устройства приема и обработки сигналов: Учебное пособие для вузов. – М.:

Горячая линия-Телеком, 2007. - 456 с.

б) дополнительная литература:

10. _ Ра диоприемные устройства: Учебник для вузов / Н.Н.Фомин, Н.Н.Буга, О.В.Головин и др.; под ред. Н.Н.Фомина. – М.: Радио и связь, 2003. - 520 с.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

пакет программ схемотехнического моделирования Micro-Cap 10 Evaluation Version фирмы Spectrum Software (свободно распространяемая демо-версия на www.spectrum-soft.com).

б) другие:

Устройства приема и обработки сигналов: учебно-методический комплекс [Электронный образовательный ресурс]. – М.: МЭИ,

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций, компьютерных классов для проведения практических занятий с использованием моделирующих программ, учебной лаборатории, оснащенной специализированными макетами и измерительными приборами, для проведения лабораторных работ.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 201000 «Биотехнические системы и технологии» и профилю «Биотехнические и медицинские аппараты и системы».

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

"СОГЛАСОВАНО":

Директор ИРЭ "УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ (ИРЭ)

_ Направление подготовки: 201000 БИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ Профили подготовки: Биотехнические и медицинские аппараты и системы Квалификация (степень) выпускника: бакалавр Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ РАДИОСИГНАЛОВ

ДЛЯ МЕДИЦИНСКОЙ ТЕХНИКИ"

№ дисциплины по учебному плану:

Часов (всего) по учебному плану:

Трудоемкость в зачетных едисеместр – ницах:

Объем самостоятельной рабочас ты по учебному плану (всего)

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью изучения дисциплины является усвоение принципов работы, методов анализа и проектирования основных типов устройств, предназначенных для генерирования и формирования электромагнитных колебаний радиочастотного диапазона, а также знакомство с параметрами и характеристиками таких устройств, с основными техническими и конструктивными требованиями к ним, связью этих требований с назначением и параметрами радиосистем, применяемых в биомедицинской технике.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю «Биотехнические и медицинские аппараты и системы» направления 201000 Биотехнические системы и технологии.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Электроника и электротехника.

Ч.2», "Узлы и элементы биотехнических систем" и учебно-производственной практике.

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при изучении дисциплины «Устройства формирования радиосигналов для биомедицинской техники», при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы, а также программ магистерской подготовки.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

технологию изготовления основных элементов радиоэлектронных устройств для биомедицинской техники (ПК-13);

компоненты и узлы, применяемые при создании устройств биомедицинской техники, их классификацию и маркировку (ПК-10);

источники научно-технической информации (журналы, сайты Интернет) по технологии создания и расчёта устройств формирования сигналов для биомедицинской техники Уметь:

использовать программы расчеты параметров и характеристик радиоэлектронных устройств с учетом специфики биомедицинской техники (ПК-20);

осуществлять сбор и анализ научно-технической информации, обобщать отечественный и зарубежный опыт в сфере радиоэлектронных биотехнических систем, проводить анализ патентной литературы (ПК-18);

оформлять научно-технические отчеты и результаты исследований в виде статей и докладов на научно-технических конференциях (ПК-21);

выбирать материалы и компоненты для создания устройств формирования сигналов для биомедицинской техники (ПК-14).

Владеть:

навыками дискуссии по профессиональной тематике (ОК-1);

терминологией в области микроэлектронных устройств формирования радиосигналов (ПК-3);

навыками поиска информации о параметрах и характеристиках компонентной базы микроэлектроники (ПК-3, ПК-5);

информацией о технических параметрах компонентов устройств формирования сигналов для использования при разработке биомедицинской техники (ПК-6).

СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы, 72 часа.

Общие сведения об ных активных элементах.

Принципы повышения лители мощности.

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения 4.2.1. Лекции:

1. Общие сведения об устройствах формирования радиосигналов Устройства формирования радиосигналов и их применение в биомедицинской технике.

Основные электрические параметры активных элементов (АЭ) и биомедицинской радиоаппаратуры. Историческая справка.

2. Основы теории и расчета резонансных генераторов с внешним возбуждением (ГВВ) и умножителей частоты (УЧ) на безынерционных АЭ Структурные схемы ГВВ и УЧ. Типы и области применения активных элементов, в частности, биполярных и полевых транзисторов. Аппроксимация их статических характеристик. Режимы работы. Гармонический анализ токов. Нагрузочные характеристики ГВВ. Основы инженерного расчета ГВВ и УЧ без учета инерционности АЭ в критическом режиме.

Общие принципы построения схем резонансных ГВВ и УЧ. Назначение входных и выходных цепей, цепей питания и смещения. Расчет простых Г-, Т- и П-образных межкаскадных цепей согласования (ЦС). Особенности требований к фильтрация гармоник в ГВВ и УЧ.

3. Широкополосные усилители мощности и сложение мощностей в ГВВ Основные ограничения на полосу усиления в транзисторных усилителях. Схемы широкополосных транзисторных усилителей с коммутируемыми фильтрами и на трансформаторах с электромагнитной связью. Фильтрация высших гармоник. Основы инженерного расчета и автоматизации проектирования широкополосных усилителей.

Сложение мощностей в ГВВ с параллельным соединением АЭ и в двухтактных схемах.

Схемы сложения мощностей произвольного числа генераторов. Мостовые схемы сложения.

Блочно-модульный принцип построения мощных усилителей.

4. Принципы повышения КПД и ключевые усилители мощности Использование высших гармоник для повышения КПД усилителей мощности и ГВВ.

Ключевые режимы работы ГВВ. Схемы и энергетические показатели транзисторных ключевых генераторов. Частотные ограничения для ключевых режимов.

5. Автогенераторы (АГ) гармонических колебаний. Способы стабилизации частоты и Области применения и требования к АГ различного назначения. Автогенераторы на трехполюсном АЭ. Обобщенная трехточечная схема. Определение амплитуды и частоты колебаний. Условия самовозбуждения и устойчивости колебаний. Выбор режима АЭ. Роль цепей автоматического смещения. Диаграммы срыва и смещения. Явление прерывистой генерации. Нагрузочные характеристики АГ.

Принципы стабилизации частоты задающих АГ. Требования к колебательной системе, параметрам и режиму АЭ.

Автогенераторы с кварцевыми резонаторами (КР). Пьезоэффект и электрическая эквивалентная схема КР. Схемы автогенераторов (гибридные и интегральные) с кварцевой стабилизацией частоты и особенности их расчета. Автогенераторы с линиями задержки на поверхностных акустических волнах.

Принципы управления частотой колебаний. Схемы и регулировочные характеристики АГ, управляемых по частоте напряжением на варикапе.

6. Формирование радиосигналов высоких частот с амплитудной, фазовой и частотной модуляцией Основные виды модуляции: амплитудная (АМ), фазовая (ФМ), частотная (ЧМ) и их сравнительная характеристика.

Способы и схемы реализации АМ сигналов. Модуляция смещением, усиление АМ сигналов, коллекторная и комбинированные виды модуляции. Статические и динамические модуляционные характеристики, искажения при амплитудной модуляции.

Формирование сигналов с угловыми видами модуляции (ФМ и ЧМ). Основные методы и схемы формирования ФМ сигналов. Прямые и косвенные методы формирования ЧМ сигналов. Искажения при формировании ФМ и ЧМ сигналов.

7. Транзисторные усилители мощности высоких частот Особенности схем и режимов ВЧ усилителей мощности. Нелинейная зарядовая и кусочно-линейная модели биполярных и полевых транзисторов. Расчет энергетических характеристик каскада с ОЭ на максимальный коэффициент усиления мощности при заданной степени устойчивости (с применением ЭВМ). Сравнение каскадов с ОЭ и ОБ.

4.2.2. Практические занятия Выбор и расчет оптимального режима резонансных генераторов с внешним возбуждением и умножителей частоты на безынерционных АЭ.

Мостовые схемы деления/сложения мощностей в ГВВ.

Принципы повышения КПД за счет высших гармоник и ключевые усилители мощности.

Расчет стационарных режимов автогенераторов с помощью диаграмм срыва и смещения.

Статические модуляционные характеристики при коллекторной и комбинированной коллекторной модуляции.

Расчет временных диаграмм напряжений и токов при возбуждении транзисторного каскада гармоническим током.

4.3. Лабораторные работы Лабораторная работа №1. Транзисторный усилитель мощности.

Лабораторная работа №2. Ключевой усилитель мощности.

Лабораторная работа №3. Режимы автогенератора.

Лабораторная работа №4. Коллекторная и комбинированная модуляция.

4.4. Расчетные задания Задание №1. Колебательные и нагрузочные характеристики транзисторного усилителя мощности.

Задание №2. Расчет нагрузочных и регулировочных характеристик автогенератора.

Задание №3. Расчет статических модуляционных характеристик при коллекторной и комбинированной модуляции.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы: Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в традиционной форме с применением раздаточных материалов, а в отдельных случаях с использованием презентаций и видео роликов.

Практические занятия включают изложение преподавателем способов решения типовых задач с применением программ MatLab или MathCAD, используемых студентами при выполнении практических заданий и подготовке к лабораторным работам.

Самостоятельная работа включает подготовку к лабораторным работам и выполнение расчетных заданий, подготовку к экзамену.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ,

ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются проверка знаний при подготовке и выполнении лабораторных работ и приёме расчетных заданий.

Аттестация по дисциплине – экзамен.

Студенты получают зачет (с дифференцированной оценкой) по результатам выполнения и защиты лабораторных работ и расчетных заданий. Для студентов, получивших оценку «неудовлетворительно» или пропустившие любую из лабораторных работ, организуются дополнительные лабораторные занятия после окончания учебных занятий 7 семестра.

В приложение к диплому вносится экзаменационная оценка за 7 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература: