Седловые точки на изоэнергетических поверхностях и их свойства. Электроны во внешних полях (влияние электрического и магнитного полей). Два способа определения эффективной массы. Понятие о дырке и ее основные параметры.
Электроноподобные, дыркоподобные и открытые орбиты. kp-метод. Вывод формулы для эффективной массы. Двузонная модель и ее использование для случая узкозонных полупроводников. Эффективная масса и непараболичность зон в узкозонных полупроводниках. Закон дисперсии Кейна, функция плотности электронных состояний с учетом непараболичности. Основные выводы зонной теории. Краткий обзор методов расчета зонной структуры реальных твердых тел. Зонная структура некоторых металлов и важнейших полупроводников – германий, кремний, соединения А3В5, А4В6, А2В4 и твердых растворы на их основе, соединения типа Bi2Te3.
Равновесная статистика электронов и дырок в полупроводниках Основные особенности свойств системы носителей заряда в полупроводниках.
Собственные и примесные полупроводники. Электронные состояния дефектов в полупроводниках. Мелкие примесные центры водородоподобного типа, глубокие центры. Донорные и акцепторные примеси. Функции распределения электронов и дырок в полупроводниках и их особенности. Случаи сильного и слабого вырождения. Различные критерии вырождения и их взаимосвязь.
Функции заполнения примесных уровней. Концентрация электронов и дырок в полупроводнике. Интегралы Ферми. Выражения для концентрации носителей заряда в предельных случаях классической статистики и сильного вырождения.
Эффективная плотность состояний валентной зоны и зоны проводимости.
Статистика носителей заряда в собственном и примесном полупроводниках.
Температурная зависимость химического потенциала и концентрации.
Определение характеристик зонного спектра и параметров системы носителей заряда по экспериментальным данным о концентрации. Статистика носителей заряда в компенсированном полупроводнике. Вырожденность сильнолегированного полупроводника.
Кинетические явления в полупроводниках Феноменологический подход к описанию кинетических явлений. Энтропия, температура и химический потенциал. Обобщенные силы и обобщенные потоки. Уравнения переноса в изотропной среде в отсутствие магнитного поля и их анализ. Физический смысл коэффициентов в этих уравнениях.
Классификация кинетических коэффициентов. Коэффициенты удельного сопротивления, изотермической диффузии, Пельтье, Зеебека и теплопроводности. Уравнения переноса в слабом магнитном поле. Гальвано- и термомагнитные эффекты. Эффекты и коэффициенты магнетосопротивления и магнетопроводимости, Холла, Нернста-Эттингсгаузена и Риги-Ледюка.
Микроскопическая теория электронных явлений переноса. Время свободного пробега электрона, интегралы плотности тока и плотности потока тепла.
Неравновесная функция распределения, дрейфовый и диффузионный потоки.
Кинетическое уравнение Больцмана и его решение в приближении времени релаксации. Обобщенные кинетические коэффициенты в микроскопической теории. Основные механизмы рассеяния носителей заряда. Параметр рассеяния и его значение для различных механизмов рассеяния. Удельная электропроводимость и подвижность, их температурная и концентрационная зависимость. Эффекты Пельтье, Зеебека и электронной теплопроводности.
Описание движения носителей заряда в скрещенных электрическом и магнитном полях. Решение уравнения Больцмана при наличии слабого магнитного поля. Критерий силы магнитного поля. Эффекты и коэффициенты Холла, магнетосопротивления, магнетопроводимости и НернстаЭттингсгаузена. Определение параметров системы носителей заряда в полупроводниках на основе экспериментальных данных о значениях кинетических коэффициентов.
Механизмы поглощения света в полупроводниках 1. Прямые и непрямые межзонные переходы. Теория и экспериментальные данные. Зависимость ширины запрещенной зоны от температуры. Экситоны в полупроводниках. Энергетический спектр экситонов большого радиуса.
Экситонное поглощение света при прямых и непрямых переходах в связанные и несвязанные состояния экситона. Теория и эксперимент.
Уширение линий экситонного поглощения и ослабление e-h взаимодействия.
Экситонное поглощение света в твердых растворах. Физика явления и экспериментальные данные.
2. Двухфотонное поглощение света (теория, эксперимент).
3. Примесное поглощение света. Поглощение излучения нейтральными мелкими водородоподобными донорами (акцепторами). Поглощение света при фотодеионизации мелких доноров и акцепторов. Теория и эксперимент.
Фотоионизация неводородоподобных примесных центров. Модель Луковского. Поглощение света глубокими примесями.
4. Поглощение света свободными электронами. Классическая и квантовая теория поглощения света с участием фононов разного типа и примесей.
Экспериментальные данные. Поглощение света свободными равновесными экспериментальные результаты.
5. Поглощение света колебаниями решетки. Длинноволновая ИК-дисперсия.
Соотношение Лиддена-Сакса-Теллера. Эффективные ионные заряды.
Отражение и поглощение света в полосе остаточных лучей. Теория и эксперимент. Понятие о поляритонах.
6. Многофононное поглощение света. Механизмы поглощения; температурная зависимость. Экспериментальные данные для гомеополярных и полярных полупроводников.
7. Поглощение света во внешних полях и в сильнолегированных полупроводниках.
8. Край фундаментального поглощения в сильном электрическом поле. Теория эффекта Франца-Келдыша для идеального края. Электропоглощение на фоне “хвостов” фундаментальной полосы. Влияние экситонного эффекта на электропоглощение. Результаты теоретических исследований, сопоставление их с экспериментом.
9. Оптическое поглощение в магнитном поле. Энергетический спектр электрона и плотность состояний в однородном квантующем магнитном поле. Оптические переходы между подзонами Ландау. Циклотронный резонанс: классическая теория и эксперимент. Межзонные оптические переходы в магнитном поле: квантовая теория для простых параболических зон. Особенности магнитопоглощения в полупроводнике с вырожденными зонами. Экспериментальные данные (на примере германия).
10.Экситонные эффекты в магнитопоглощении. Случай слабого магнитного поля (экситон Ванье-Мотта в магнитном поле): зеемановское расщепление и диамагнитный сдвиг основного состояния. Сильные магнитные поля:
понятие о диамагнитном экситоне, его спектр. Возгорание экситонного поглощения в магнитном поле.
11.Примесное поглощение в магнитном поле. Экспериментальные данные для переходов типа мелкий акцептор-зона проводимости, их интерпретация.
12.Влияние сильного легирования на поглощение света вблизи края фундаментальной полосы. Эффект Бурштейна-Мосса. Роль сложной структуры валентной зоны и непрямых переходов с участием примесей.
13.Энергетический спектр электронов и плотность состояний в сильнолегированных полупроводниках. Расчет хвостов плотности состояний методом оптимальной флуктуации. Их роль в межзонном поглощении света при наличии вырождения и его отсутствии. Расчет спектра поглощения в сильнолегированном полупроводнике методом оптимальной флуктуации.
Магнитоплазменные явления 1. Феноменологическая теория распространения света в кристалле, помещенном в магнитное поле. Волновое уравнение и уравнение Френеля.
Нормальные волны в конфигурации Фарадея и в конфигурации Фойгта.
2. Эффект Фарадея на свободных электронах. Феноменологическая теория. Два варианта микроскопической теории: на основе уравнения движения электрона и на основе кинетического уравнения Больцмана. Сопоставление с экспериментальными данными для n-InSb. Эффект Фойгта на свободных электронах. Феноменологическая теория. Микроскопическая теория.
Эксперимент.
3. Магнитоплазменное отражение в конфигурациях Фарадея и Фойгта. Теория и эксперимент.
Механизмы рекомбинации неравновесных носителей заряда 1. Рекомбинация носителей заряда в полупроводниках. Излучательная рекомбинация. Теория Ван-Русбрека-Шокли. Время жизни при излучательной рекомбинации, его зависимость от температуры, степени легирования, уровня возбуждения.
2. Межзонная рекомбинация Оже. Модель Битти и Ландсберга. Зависимость времени жизни от параметров материала, температуры, концентрации равновесных и неравновесных носителей заряда в n- и p-типах полупроводников.
3. Захват носителей заряда дефектами. Излучательный, фононный и ожемеханизмы рекомбинации. Каскадный механизм Лэкса захвата носителей заряда мелкими примесями. Уточнение теории Абакумовым, Перелем, Яссиевич. Сравнение теории с экспериментом.
Основные уравнения теории полупроводниковых приборов Соотношения Больцмана и Эйнштейна, уравнение плотности тока.
Статистическая оценка силы тока. Уравнение непрерывности для электронов и для дырок, тепловая генерация и линейная рекомбинация. Ток смещения, квазистационарный ток. Упрощенная система уравнений теории.
Электронные процессы и контактные явления в полупроводниках Слой Шотки, диффузионный потенциал. Барьерная емкость обедненного слоя.
Время диэлектрической релаксации, радиус экранирования.
Квазинейтральность и э.д.с. Дембера. Биполярная диффузия и дрейф.
Встроенное поле неоднородного полупроводника. Время релаксации проводимости, длина свободного пробега. Термализация электронов, квазиуровни Ферми. Время жизни носителей. Длина диффузионного смещения, инжекция и экстракция носителей. Длина дрейфа и длина затягивания.
Коэффициент инжекции, омический контакт. Эксклюзия и аккумуляция носителей вблизи низкоомного контакта.
Энергетические диаграммы полупроводников и полупроводниковых структур. Токи в структурах с р-n переходом 1. Классификация полупроводников и структур на их основе. Неоднородные полупроводники и гомоструктуры. Варизонные полупроводники.
Гетероструктуры. Расчет потенциала в р-n гомо- и гетеропереходе.
Энергетическая диаграмма контакта металл-полупроводник.
2. Составляющие тока в р-n переходе. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) идеального диода на р-n переходе (уравнение Шокли). Квазиуровни Ферми в тонком переходе. Тонкий переход при высоком уровне инжекции. ВАХ толстого перехода (р-i-п структуры). Пробой перехода. Емкость и переходная характеристика р-п перехода. Ток надбарьерной эмиссии и емкость идеального гетероперехода (теория Андерсона). Влияние неидеальности гетороперехода на его характеристики.
Биполярный транзистор. Поверхность полупроводника, полевые приборы 1. Распределение носителей и токов в транзисторной структуре. Параметры транзистора на низкой частоте. Схемы включения и максимальное усиление.
Режимы работы транзистора, формулы Эберса-Молла. Способы повышения рабочей частоты транзистора, транзистор Эрли, дрейфовый транзистор.
Лавинный триод, транзистор с коллекторной ловушкой. Тиристор.
2. Энергетические спектр электронов на поверхности. Потенциал и заряд поверхности. Проводимость приповерхностного слоя. Управление зарядом поверхностных состояний, эффект поля. Вольт-фарадная характеристика структуры металл-диэлектрик-полупроводник (МДП). Приборы с зарядовой связью (ПЗС). ПЗС-матрица телевизионного типа. Семейство характеристик МДП-транзисторов.
Полупроводниковые приборы 1. Туннельный диод. Длинный диод. Двухбазовый диод. Лавинно-пролетный диод. Варикап (параметрический диод).
2. Основное уравнение фотодиода. Инерционность фотодиода. Фотоэлемент.
Светодиод. Полупроводниковый лазерный инжекционный диод.
3. Диод Ганна. Механизм образования домена в диоде Ганна, форма домена.
Условие возникновения домена. Основы микроскопической теории эффекта Ридли-Уоткинса-Хилсума-Ганна. Феноменологическая теория эффекта.
Гистерезис в образовании и исчезновении домена.
Активные и пассивные элементы интегральных микросхем Структура интегрального биполярного транзистора. Варианты включения биполярных транзисторов. Конструктивно-технологические особенности и варианты интегральных биполярных транзисторов. Интегральные диоды.
Стабилитроны. Диоды Шотки. Сочетание транзисторов с диодами Шотки.
Транзисторы микросхем с эмиттерами на гетеропереходах. Принципы работы и классификация МДП-транзисторов. Вспомогательные элементы МДПмикросхем. Основные характеристики МДП-транзисторов и их связь с конструктивно-технологическими параметрами. КМДП-транзисторы.
Интегральные резисторы: диффузионные резисторы, пинч-резисторы.
Тонкопленочные резисторы. Интегральные конденсаторы: диффузионные конденсаторы, МДП-конденсаторы.
Схемотехнические структуры интегральной микроэлектроники Основы цифровой схемотехники. Интегральные транзисторные ключи и ключевые схемы. Биполярный ключ. Ключ с барьером Шоттки. Переключатель тока. МДП-транзисторные ключи. Бистабильные ячейки и триггеры. Триггер Шмитта. Основы аналоговой схемотехники. Составные транзисторы. Режимы простейшего усилителя. Усилители на МДП-транзисторах. Дифференциальные усилители. Эмиттерные повторители. Выходные каскады. Стабилизаторы напряжения. Стабилизаторы тока.
Элементы функциональной электроники Функциональная электроника в сравнении со схемотехнической. Главные направления современной функциональной электроники: акустоэлектроника, магнитоэлектроника, криоэлектроника, оптоэлектроника и др. Основные физические принципы работы устройств функциональной электроники.
Основная литература 1. Владимирская Е.В., Гасумянц В.Э., Сидоров В.Г. Физика твердого тела.
Равновесная статистика носителей заряда в полупроводниках. Учебное пособие. СПб., Изд-во СПбГТУ, 2000 г.. 64 с.
2. Равич Ю.И. Физика твердого тела. Свободный электронный газ Ферми. Уч.
пособие. СПб. Изд-во СПбГТУ, 1998, 36 с.
3. Ильин В.И., Мусихин С.Ф., Шик А.Я. Варизонные полупроводники и гетероструктуры. СПб.: Изд-во Наука, 2000, 100 с.
4. Воробьев Л.Е., Данилов С.Н., Ивченко Е.Л., Фирсов Д.А., Шалыгин В.А.
Горячие электроны в полупроводниках и наноструктурах. Уч. пособие. Под ред. Л.Е.Воробьева. - СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1999. 154с.
5. Воробьёв Л.Е., Данилов С.Н., Ивченко Е.Л., Левинштейн М.Е., Фирсов Д.А., Шалыгин В.А. Кинетические и оптические явления в сильных электрических полях в полупроводниках и наноструктурах. Под ред.
Л.Е.Воробьева. СПб.: Изд-во Наука, 2000, 160 с.
6. В.И.Ильин, С.Ф.Мусихин Основы теории полупроводниковых p-n структур и контактов металл-полупроводник. Уч. пос. - СПб.: СПбГТУ, 1994, 92 с.
7. Шретер Ю.Г., Ребане Ю.Т., Зыков В.А., Сидоров В.Г. Широкозонные полупроводники. СПб.: Изд-во Наука, 2001, 188 с.
8. Воробьёв Л.Е., Данилов С.Н., Зегря Г.Г., Фирсов Д.А., Шалыгин В.А., Яссиевич И.Н. Фотоэлектрические явления в полупроводниках и размерноквантованных структурах. СПб.: Изд-во Наука, 2001, 188 с.
Дополнительная литература 1. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. – М.: Физматгиз, 1978, 492 с.
2. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников.- М., Наука, 1977, 672 с.
3. Ансельм А.И. Введение в теорию полупроводников.- М.: Наука, 1977, 559 с.
4. Рывкин С.М. Фотоэлектрические явления в полупроводниках.- М.:
Физматгиз, 1963, 496 с.
5. Пикус Г.Е. Основы теории полупроводниковых приборов.- М.: Наука, 1965, 6. Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов. - М.:
Радио и связь, 1990, 264 с.
7. Ильин В.И., Мусихин С.Ф. Электронные процессы и контактные явления в полупроводниках. - СПб.: СПбГТУ, 1992, 48 с.
8. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. - М.: Мир, 1984, кн.1 - 456 с., кн.2 - 456 с.
9. Воробьев Л.Е. Механизмы рассеяния носителей заряда в полупроводниках.
Учебное пособие - Л.: ЛПИ, 1988. - 99 с.
11.04.01 – «Радиотехника»
Каналы электросвязи Частотная классификация каналов. Свойства распространения радиоволн в различных частотных каналах. Временные и спектральные характеристики помех в различных диапазонах. Энергетический баланс радиолинии.
Дискретные каналы и их основные модели: идеальный дискретный канал, симметричный канал без памяти, канал со стиранием, канал с памятью, марковский дискретный канал. Непрерывные каналы и их основные модели:
канал с аддитивным гауссовым шумом, канал с неопределенной фазой сигнала, канал с замираниями, канал с межсимвольной интерференцией и аддитивным шумом.
Методы оптимального приёма сигналов Стратегии, критерии и алгоритмы оптимального приема. Функционал отношения правдоподобия. Алгоритмы и решающие схемы оптимального приема сигналов в канале с аддитивным шумом и постоянными параметрами.
Потенциальная помехоустойчивость. Алгоритмы и решающие схемы оптимального приема сигналов в канале с аддитивным шумом и неопределенной фазой. Помехоустойчивость различных многопозиционных ансамблей сигналов.
Назначение и характеристики устройств приёма и обработки сигналов 1. Основные принципы приема сигналов: прямого усиления, супергетеродинный, инфрадинный и прямого преобразования. Структуры устройств приема и обработки сигналов. Усилительно-преобразовательный тракт. Характеристики устройств приема и обработки сигналов, обеспечивающие заданное качество радиотехнической системы передачи и извлечения информации. Диапазон частот, динамический диапазон, чувствительность, избирательность.
2. Перекрестные и интермодуляционные искажения, возникающие в усилительно-преобразовательном тракте при воздействии внешних помех.
Эффективная (многосигнальная) частотная избирательность по мешающему воздействию. Требования в динамическому диапазону устройства при наличии помех.
3. Внутренние шумы. Коэффициент шума и эффективная температура.
Чувствительность устройств приема сигналов, ограниченная внутренними шумами. Связь чувствительности и коэффициента шума.
Функциональные блоки устройств приёма и обработки сигналов и их характеристики 1. Входные цепи и их особенности входных цепей для настроенных и ненастроенных антенн различных типов и диапазонов. Элементы перестройки входных цепей. Входные цепи СВЧ диапазона.
2. Усилители преселекторов сигналов. Условия устойчивости избирательных и широкополосных усилителей и способы ее повышения. Перестраиваемые и неперестраиваемые усилители, широкополосные усилители с расширенным диапазоном, малошумящие усилители СВЧ диапазона.
3. Преобразователи частоты. Нелинейные эффекты при преобразовании частоты. Преобразователи частоты с подавлением зеркального канала.
Особенности преобразователей частоты СВЧ диапазона.
4. Гетеродины. Сопряжение настроек гетеродинных контуров и преселекторов приема сигналов. Особенности построения гетеродинов в различных диапазонах частот.
5. Усилители промежуточной частоты. Усилители с распределенной и сосредоточенной избирательностью. Явления блокирования, перекрестной модуляции и интермодуляции. Усилители с расширенным динамическим диапазоном. Усилители с регулируемой полосой пропускания.
6. Автоматическая регулировка усиления (АРУ). Анализ работы систем АРУ в статическом и динамическом режимах. Влияние АРУ на искажения принимаемых АМ сигналов.
Принципы построения и основные виды радиотехнических систем 1. Основные определения, классификация, обобщенная схема преобразования сигналов, параметры и показатели качества радиотехнических систем (РТС).
Виды сигналов используемых в РТС для переноса информации.
Классификация и виды РТС. Основные задачи, решаемые при обработке сигналов в РТС их характеристики.
2. Методы оценивания параметров сигналов. Алгоритмы оценивания амплитуды, фазы, частоты, времени задержки радиосигнала. Точность оценки параметра. Особенности совместной оценки параметров. Выбор сигналов для повышения точности оценки. Системы слежения за параметрами сигнала.
3. Радиолокационные (РЛС) и радионавигационные (РНС) системы. Виды радиолокации и классификация РЛС. Методы обзора пространства поиска радиосигналов. Методы определения местоположения. Отражающие свойства и модели радиолокационных целей (РЛЦ). Дальность действия РЛС. Влияние условий распространения радиоволн и подстилающей поверхности на дальность действия РТС. Системы позиционной навигации.
Фазовые и импульсно-фазовые РНС. Многозначность измерений.
Особенности спутниковых РНС.
4. Радиосистемы передачи информации (РСПИ). Классификация и основные показатели качества РСПИ. Синхронизация и обработка сигналов в РСПИ влияние точности синхронизации на помехоустойчивость. Методы уплотнения и разделения каналов. Цифровые многоканальные РСПИ.
Многостанционные РСПИ. Асинхронные адресные системы. Системы связи с подвижными объектами. Радиорелейные системы Сотовые системы.
Список литературы 1. Радиотехнические системы: Учебник для вузов /Ю.П. Гришин, В.П. Ипатов, Ю.М. Казаринов и др.; Под ред. Ю.М.Казаринова. – М.: Высшая школа, 1990. – 496с.: ил.
2. Информационные технологии в радиотехнических системах под ред.
И.Б.Федорова. – М.: Изд-во МГТУ им Н.Э.Баумана, 2003 г.
3. Онищук А.Г., Забеньков И.И., Амелин А.М. Радиоприемные устройства. – Мн.: Новое знание, 2007.
4. Буга Н.Н., Фалько А. И., Чистяков Н.И. Радиоприемные устройства. – М.:
Радио и связь, 1986. – 320 с.
11.04.02 - «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»
Каналы электросвязи Частотная классификация каналов. Свойства распространения радиоволн в различных частотных каналах. Временные и спектральные характеристики помех в различных диапазонах. Энергетический баланс радиолинии.
Дискретные каналы и их основные модели: идеальный дискретный канал, симметричный канал без памяти, канал со стиранием, канал с памятью, марковский дискретный канал. Непрерывные каналы и их основные модели:
канал с аддитивным гауссовым шумом, канал с неопределенной фазой сигнала, канал с замираниями, канал с межсимвольной интерференцией и аддитивным шумом.
Методы оптимального приёма сигналов Стратегии, критерии и алгоритмы оптимального приема. Функционал отношения правдоподобия. Алгоритмы и решающие схемы оптимального приема сигналов в канале с аддитивным шумом и постоянными параметрами.
Потенциальная помехоустойчивость. Алгоритмы и решающие схемы оптимального приема сигналов в канале с аддитивным шумом и неопределенной фазой. Помехоустойчивость различных многопозиционных ансамблей сигналов.
Назначение и характеристики устройств приёма и обработки сигналов 1. Основные принципы приема сигналов: прямого усиления, супергетеродинный, инфрадинный и прямого преобразования. Структуры устройств приема и обработки сигналов. Усилительно-преобразовательный тракт. Характеристики устройств приема и обработки сигналов, обеспечивающие заданное качество радиотехнической системы передачи и извлечения информации. Диапазон частот, динамический диапазон, чувствительность, избирательность.
2. Перекрестные и интермодуляционные искажения, возникающие в усилительно-преобразовательном тракте при воздействии внешних помех.
Эффективная (многосигнальная) частотная избирательность по мешающему воздействию. Требования в динамическому диапазону устройства при наличии помех.
3. Внутренние шумы. Коэффициент шума и эффективная температура.
Чувствительность устройств приема сигналов, ограниченная внутренними шумами. Связь чувствительности и коэффициента шума.
Функциональные блоки устройств приёма и обработки сигналов и их характеристики 1. Входные цепи и их особенности входных цепей для настроенных и ненастроенных антенн различных типов и диапазонов. Элементы перестройки входных цепей. Входные цепи СВЧ диапазона.
2. Усилители преселекторов сигналов. Условия устойчивости избирательных и широкополосных усилителей и способы ее повышения. Перестраиваемые и неперестраиваемые усилители, широкополосные усилители с расширенным диапазоном, малошумящие усилители СВЧ диапазона.
3. Преобразователи частоты. Нелинейные эффекты при преобразовании частоты. Преобразователи частоты с подавлением зеркального канала.
Особенности преобразователей частоты СВЧ диапазона.
4. Гетеродины. Сопряжение настроек гетеродинных контуров и преселекторов приема сигналов. Особенности построения гетеродинов в различных диапазонах частот.
5. Усилители промежуточной частоты. Усилители с распределенной и сосредоточенной избирательностью. Явления блокирования, перекрестной модуляции и интермодуляции. Усилители с расширенным динамическим диапазоном. Усилители с регулируемой полосой пропускания.
6. Автоматическая регулировка усиления (АРУ). Анализ работы систем АРУ в статическом и динамическом режимах. Влияние АРУ на искажения принимаемых АМ сигналов.
Принципы построения телекоммуникационных сетей 1. Общие понятия о телекоммуникационных сетях и системах, основные термины и определения. Понятие об эталонной модели взаимодействия открытых систем. Принципы построения и структура взаимоувязанной сети связи Российской Федерации. Понятие о первичной и вторичных сетях связи, транспортной сети связи и абонентской сети доступа. Понятие о коммутации каналов, сообщений и пакетов, топология сетей связи. Краткая характеристика основных элементов телекоммуникационных сетей.
2. Структура проводных систем передачи данных. Базовые архитектуры и технологии компьютерных сетей передачи данных. Стек протоколов TCP/IP.
Особенности построения цифровых сетей интегрального обслуживания, интеллектуальных, локальных и корпоративных сетей связи.
3. Особенности построения радиосетей передачи данных. Беспроводные локальные сети стандартов IEEE 802.11. Персональные беспроводные сети стандартов Bluetooth и ZigBee. Технология сверхширокополосной связи Системы подвижной радиосвязи 1. Классификация систем подвижной радиосвязи: сотовая, транкинговая, персональная спутниковая. Сотовый принцип построения сети, его преимущества. Понятие об эстафетной передаче управления и роуминге в сетях сотовой связи. Понятие об основных стандартах сотовой связи 2-го поколения. Особенности построения сетей транкинговой радиосвязи, сетей персонального радиовызова, низкоорбитальных систем спутниковой связи.
Понятие о частотно-территориальном планировании сетей подвижной радиосвязи. Сотовые сети связи GSM и UMTS. Сети беспроводного доступа Wi-Fi и WiMAX. Конвергенция существующих беспроводных сетей.
Список литературы 1. Теория электрической связи: Учебник для вузов/ Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Коржик В.И., Назаров М.В. – М.: Радио и связь, 1999.
2. Онищук А.Г., Забеньков И.И., Амелин А.М. Радиоприемные устройства. – Мн.: Новое знание, 2007.
3. Буга Н.Н., Фалько А. И., Чистяков Н.И. Радиоприемные устройства. – М.:
Радио и связь, 1986. – 320 с.
4. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие. Том 1, 2. под ред.
проф. Шувалова В.П. – М.: Горячая линия – Телеком, 2003.
16.04.01 - «Техническая физика»
Радиофизика и электроника Основы радиофизики 1. Основные понятия теории цепей. Идеализированные пассивные элементы электрической цепи. Реальные элементы цепи. Источники напряжения и тока. Схема электрической цепи. Характеристика и методы решения задач анализа и синтеза электрической цепи.
2. Гармонические колебания в линейных электрических цепях. Метод комплексных амплитуд. Комплексные сопротивления и проводимости.
Мощность в цепи гармонического тока. Примеры расчета простейших RLCцепей. Индуктивно связанные цепи. Трансформатор, автотрансформатор.
Краткие сведения о трехфазных цепях.
3. Резонансные явления в электрических цепях. Свободные колебания в одиночном колебательном контуре. Вынужденные колебания в последовательном контуре, явления резонанса. Параллельный колебательный контур. Простейший полосовой фильтр. Связанные колебательные контуры. Резонансные характеристики связанных контуров при различных значениях коэффициента связи.
4. Анализ цепей при негармоническом воздействии. Частотный спектр периодического колебания. Ряд Фурье. Мощность в цепи периодического тока. Спектр непериодического колебания. Спектр видео и радиоимпульсов.
Спектральный метод анализа электрических цепей. Передаточная функция.
Условие неискаженной передачи через цепь. Преобразование Лапласа в анализе цепи. Операторные сопротивления и проводимости, операторный коэффициент передачи. Переходная и импульсная характеристики цепи.
5. Понятие о цепях с распределенными параметрами. Длинные линии.
Погонные параметры. Дифференциальные уравнения длинной цепи.
Решение уравнений для режима гармонических колебаний. Учет граничных условий. Режим стоячей и бегущей волны, смешанный режим. Волны в линии без потерь. КПД длинной линии. Согласование линии с нагрузкой.
Резонаторы на участках длинных линий.
6. Четырехполюсники. Уравнения. Системы параметров четырехполюсников и связь между ними. Понятие о регулярности. Рабочие параметры четырехполюсника. Уравнение цепочечной схемы из идентичных четырехполюсников, решение.
7. Основные принципы создания активных линейных устройств радиоэлектроники. Усилительные устройства. Основные типы активных электронных приборов. Сопоставление простейших усилительных каскадов дифференциальный каскад. Операционный усилитель. Усиление с помощью отрицательного сопротивления. Параметрический усилитель на варакторе.
Принцип обратной связи. Проблема устойчивости активных цепей, ее значение. Понятие об абсолютной устойчивости четырехполюсников.
Примеры.
8. Методы генерирования и преобразования частотного спектра электрических колебаний. Использование добротного эталонного резонатора.
Транзисторные автогенераторы с LC-контуром. Применение автоматического смещения. Автогенератор на двухполюснике с отрицательным сопротивлением. Диодные генераторы СВЧ (Диод Ганна ЛПД). RCавтогенератор низкочастотных колебаний. Релаксационные генераторы импульсных колебаний. Классификация спектральных преобразований электрических колебаний. Амплитудная модуляция. Амплитудное детектирование. Синхронное детектирование. Угловая модуляция. Принцип и простейшие схемы детектирования сигналов с угловой модуляцией.
Преобразование частоты радиосигнала. Цифро-аналоговое и аналогоцифровое преобразование сигналов. Примеры. Понятие о цифровой фильтрации.
9. Электромагнитные поля и волны. Плоская электромагнитная волна. Волны в прямоугольном волноводе. Типы волн в круглом, коаксиальном, полосковом и диэлектрическом волноводах. Сочленение волноводов. Цепи СВЧ.
Объемные резонаторы, примеры конструкций. Поля излучения элементарного тока (Диполь Герца). Полуволновой вибратор. Рупорные и зеркальные антенны. Решетка излучателей. Работа антенны в режиме приема. Принцип взаимности.
10.Элементы статистической радиофизики. Проблема чувствительности радиоустройств. Внутренние и внешние помехи радиоприему. Тепловой шум. Дробовые шумы электронных приборов. Коэффициент шума, шумовая температура. Шумовые характеристики каскадного соединения четырехполюсников. Оптимальная линейная фильтрация сигналов.
11.Радиофизические методы изучения свойств вещества и новые принципы создания приборов функциональной техники. Магнитные резонансы.
Спектроскопические методы исследования свойств вещества. Основные принципы акустоэлектроники. Приборы с переносом заряда. Важнейшие направления оптоэлектроники. Волоконно-оптические линии связи.
Интегральная оптика. Принципы криогенной электроники.
Введение в схемотехнику 1. Системы счисления и арифметика. Булева алгебра и логические схемы.
Комбинационные логические устройства. Комбинационные арифметические устройства. Последовательные логические устройства. Счетчики, триггеры, сдвиговые регистры и элементы памяти, выполненные в виде интегральных схем. Аналого-цифровые операции. Активные фильтры.
2. Метрология и радиоизмерения.
3. Основные характеристики величин, подлежащих измерению. Виды измерительных сигналов. Метрологическая классификация методов измерений.
4. Основы оценки погрешностей измерений. Оценивание случайной погрешности измерений. Законы распределения плотности вероятности случайных погрешностей. Дисперсия, среднеквадратическое отклонение.
5. Осциллографические измерения. Функциональная схема и принцип действия электронного осциллографа. Функциональная схема и принцип действия цифрового осциллографа.
6. Измерение напряжений. Устройство и характеристики электромеханических индикаторов. Стрелочные электронные вольтметры. Вольтметры с синтезированной нелинейностью. Вольтметры, предназначенные для измерения амплитудного значения напряжения. Вольтметры с закрытым и открытым входом. Вольтметры, предназначенные для измерения средневыпрямленного значения напряжения. Цифровые вольтметры.
7. Измерение частоты и временного интервала. Метод дискретного счета.
Схемы электронных счетчиков. Принцип действия электронно-счетного частотомера. Резонансный метод. Метод заряда и разряда конденсатора.
Гетеродинный метод измерения частоты. Осциллографический метод.
Фазометр с триггерным измерителем, фазометр с синхронизированным мультивибратором.
8. Измерение мощности. Измерение мощности в диапазонах низких и высоких частот. Изменение мощности в СВЧ диапазоне. Особенности измерения импульсной мощности.
9. Измерение параметров радиоэлементов. Резонансный метод измерения параметров эквивалентных схем радиоэлементов. Q-метр. Генераторный метод измерения индуктивностей и емкостей. Мостовой метод. Электронносчетные методы измерения параметров радиоэлементов.
10.Исследование спектров колебаний. Классификация анализаторов спектра.
Осциллографический анализатор спектра. Основные характеристики анализаторов спектра. Измерение нелинейных искажений. Цифровые методы.
11.Измерение параметров телефонных аппаратов. Контрольно-измерительная техника в телевидении.
Устройства СВЧ и антенны 1. Задачи теории антенн и методы их решения. Решение уравнений Максвелла методом разложения в ряд по собственным функциям. Интегральное уравнение теории антенн. Приближенные методы нахождения распределения тока в антенне. Интегральное уравнение для тока в тонком проводе. Использование принципов эквивалентности для расчета полей антенн.
2. Способы возбуждения и согласования антенн. Устройства, используемые для возбуждения антенн. Различные типы линий передачи: двухпроводные, коаксиальные, полосковые, волноводные и т.д. Элементы СВЧ тракта.
Многополюсники СВЧ. Матрица рассеяния. Взаимные и невзаимные элементы. Основные свойства трех и четырех плечных сочленений.
Направленные ответвители, фильтры. Распределительные устройства.
Согласующие устройства. Их назначение. Методы расчета. Тензор магнитной проницаемости. Примеры невзаимных устройств: вентиль, циркулятор, гиратор. Электрически управляемые элементы.
3. Вибраторные антенны. Теория симметричного излучающего провода.
Распределение тока вдоль симметричного вибратора. Электромагнитное поле вибратора произвольной длины в зоне Фраунгофера. Сопротивление излучения вибратора, найденное по методу вектора Пойнтинга. Определение входного сопротивления вибратора по методу наводимых э.д.с. в формулировке М.И.Конторовича и на основе волноводной теории С.А.
Щелкунова. Методы улучшения диапазонных свойств вибратора. Диполь С.И.Надененко. Шунтовые вибраторы. Коэффициент направленного действия и коэффициент усиления симметричного вибратора. Плоские одномерные и двухмерные вибраторные решетки. Одномерные эквидистантные решетки с линейным набегом фаз токов в образующих решетку вибраторах. Одномерные решетки продольного излучения.
Характеристики излучения одномерных вибраторных решеток. Двумерные эквидистантные решетки с настроенными и апериодическими рефлекторами.
Характеристики излучения синфазных двумерных решеток. Комплексное сопротивление системы излучателей по методу наводимых э.д.с.
Определение коэффициента направленного действия вибраторных решеток путем представления их в виде непрерывной системы элементарных излучателей (токовая нить, токовая полоса, токовая плоскость). Определение среднего значения входного сопротивления вибратора в двухмерной синфазной решетке с апериодическим рефлектором. Использование отрезков длинных линий для регулировки амплитуд и фаз токов в вибраторах.
Вибраторные антенны бегущей волны. Частотно-независимые вибраторные антенны. Принцип работы антенны с неизменной шириной диаграммы направленности и постоянным входным сопротивлением в широком диапазоне волн. Частотно-независимые спиральные антенны.
4. Антенные системы апертурного типа. Основные виды распределения поля в апертуре. Анализ поля круглой и прямоугольной апертур в зоне Фраунгофера. Коэффициент направленного действия апертуры с различным амплитудным и фазовым распределением. Синтез поля в апертуре по заданной диаграмме направленности и явление сверхнаправленности.
Методы формирования поля в апертуре при помощи зеркальных рупорных и линзовых антенн. Зеркальные антенны. Геометрия зеркальных систем.
Однозеркальные системы. Двухзеркальные системы. Зеркала антенн с диаграммой направленности специальной формы. Облучатели для зеркальных антенн. Многоэлементные облучатели. Определение электромагнитной связи между зеркалом и одиночным облучателем.
Параметры многоэлементных облучателей при наличии зеркала.
Формирование диаграмм направленности специальной формы при помощи многоэлементных облучателей. Использование многоэлементных облучателей для сканирования. Рупорные антенны. Секториальный, пирамидальный, биконический рупоры. Переход от волновода прямоугольного сечения к секториальному и пирамидальному рупору.
Рупорно-параболические антенны. Линзовые антенны. Однородные диэлектрические линзы. Линзы Люнеберга. Искусственные замедляющие структуры. Замедляющее действие проволочных сеток. Вопросы применения сфокусированных остронаправленных антенн. Передача энергии при помощи антенн.
5. Антенны поверхностных волн. Поверхностные волны вдоль металлической плоскости, покрытой диэлектрическим слоем. Плоскостные и стержневые диэлектрические антенны поверхностных волн. Характеристики направленности антенн поверхностных волн. Передача энергии при помощи поверхностных волн.
6. Щелевые антенны. Теория расчета щелевых антенн. Щелевые излучатели на металлических пластинах и на стенках волновода, цилиндрические и кольцевые щелевые антенны А.А.Пистолькорса.
7. Влияние поверхности Земли на параметры антенн. Область поверхности Земли, существенная для формирования поля излучения антенны.
Возможность замены сферической Земли плоской поверхностью раздела.
Характеристики излучения антенн, расположенных над поверхностью раздела с произвольными параметрами при учете только волновых полей.
Характеристики излучения антенн, расположенных над поверхностью раздела с произвольными параметрами при учете волновых и индукционных полей (задача Зоммерфельда для вертикального вибратора); структура поля в верхнем и нижнем полупространстве. Определение поля горизонтального вибратора, находящегося у поверхности Земли. Некоторые особенности работы подземных и подводных антенн.
Основная литература 1. Э. Ф. Зайцев, А. С. Черепанов, А. Б. Гуськов Электродинамика и распространение радиоволн. СПб. Изд-во Политехн. ун-та 2. Э. Ф. Зайцев, К. В. Гузенко Радиотехнические цепи и сигналы. СПб. Изд-во Политехн. ун-та 3. Атабеков Г.И. Основы теории цепей. – М: Энергия, 1978.
4. Нейман Л.Р., Демирчян К.С., Теоретические основы электротехники. Ч.2.- Л:
Энергоиздат, 5. Бирюков В.Н., Попов В.П., Семенов В.И., Сборник задач по теории цепей.М: Высшая школа, 6. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. – М: Высшая школа, 2000, 7. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. – М: Радио и связь, 1985, 504 с.
8. Электромагнитные колебания и волны: Учебное пособие под редакцией Зайцева Э.Ф. – Л: ЛПИ, 1987, 76с.
9. Зайцев Э.Ф. Флуктуационные колебания в радиофизике: Учебное пособие – :ЛГТУ, 1990, 77с.
10.Алексенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых микросхем. - М.: Радио и связь, 1985.
11.. Функциональные устройства на микросхемах / Под ред. Найдерова В.З. М.: Радио и связь, 1985.
12. Зельдин Е.Н. Цифровые интегральные микросхемы в информационноизмерительной аппаратуре. - Л.: Энергоатомиздат, 1986.
13.Алексенко А.Г., Шагурин. Микросхемотехника. - М.: Радио и связь, 1982.
14.Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах. - М.: Радио и связь, 1990.
15.А. С. Сигов, В. И. Нефедов Метрология, стандартизация и технические измерения. М. Высшая школа 2008 под ред. В. И. Нефедова Метрология и радиоизмерения. М. Высшая школа 16.Б. В. Дворяшин Метрология и радиоизмерения. М. Академия 17.А. С. Сигов, В. И. Нефедов Метрология, стандартизация и технические измерения. М. Высшая школа 18.Валитов Р.А., Сретенский В.Н. Радиотехнические измерения. – М.: Сов.
Радио, 1970.
19.Мирский Г.Я. Радиоэлектронные измерения. – М.: Энергия, 1969.
20.Карасев А.С. Основы оценки погрешностей измерений. – СПб: СПбГТУ, 1995.
21.Д. И. Воскресенский, В. Л. Гостюхин, В. М. Максимов, Л. И. Пономарев Устройства СВЧ и антенны. М. Радиотехника 22.Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ, М.: "Высшая школа",1988.
23.Кюн Р. Микроволновые антенны, Л.: Судостроение", 1967.
24.Шанников Д.В. Излучение и распространение электромагнитных волн, Л.:
ЛПИ, 1990.
25.Черный Ф.Б.Распространение радиоволн, М.:"Сов.радио",1972.
26.Грудинская Г.П.Распространение радиоволн, М.: "Высшая школа",1975.
27.Акимов В.П., Утробин О.Б., Шанников Д.В. Излучение и распространение электромагнитных волн, лаб.практикум, С-Петербург:СПбГТУ,1991.
16.04.01 - «Техническая физика»:
Физика структур пониженной размерности Физические основы аналитического приборостроения Физика активных сред электроники Физика медицинских технологий Корпускулярная оптика 1. Законы движения заряженных частиц в статических электрических и магнитных полях. Показатель преломления в корпускулярной оптике.
Оптический и механический подходы при решении задач корпускулярной оптики. Законы подобия. Параксиальные пучки.
2. Основные типы электростатических линз. Магнитные линзы. Аберрации линз.
3. Формирование электронных потоков и методы управления характеристиками пространственного заряда. Волновые и колебательные свойства электронных потоков Физика электронных и ионных процессов 1. Термоэлектронная эмиссия (ТЭЭ). Работа выхода. Основное уравнение ТЭЭ.
Вакуумный диод с термокатодом и его вольт-амперная характеристика.
Ограничение тока пространственным зарядом.
2. Эмиссия под воздействием частиц. Взаимодействие электронов с твердым телом. Спектры вторичных электронов. Оже-электроны.
3. Взаимодействие атомных частиц с твердым телом. Распыление. Механизмы распыления. Вторичная ионная эмиссия. Коэффициент вторичной ионной эмиссии. Рассеяние ионов низких и средних энергий. Ионно-электронная эмиссия. Потенциальная и кинетическая эмиссия.
4. Фотоэлектронная эмиссия.
5. Полевая (автоэлектронная), взрывная эмиссия.
Физика газового разряда, твердого тела и полупроводников 1. Физические основы газоразрядной электроники Ионизованный газ.
Элементарные процессы в ионизованном газе. Методы описания ионизованного газа Уравнения моментов функции распределения, Явление пробоя, виды разряда 2. Физические основы электроники твердого тела. Особенности динамики электрона в идеальном твердом теле. Волновая функция, квазиимпульс, зоны Бриллюэна, зонный энергетический спектр, закон дисперсии.
Энергетический спектр электрона в кристалле во внешних полях (электрическом и магнитном). Энергетический спектр электрона в ограниченном кристалле. Типы точечных дефектов в кристаллах.
Акцепторные и донорные примеси в полупроводниках. Водородоподобная модель примесного центра.
3. Статистика носителей заряда в полупроводниках. Обоснование применения статистики Ферми—Дирака к электронам в твердом теле (идеальном).
Статистика примесных состояний. Невырожденные и вырожденные полупроводники.
4. Неравновесные носители заряда в полупроводниках и диэлектриках.
Генерация и рекомбинация. Механизмы рекомбинации.
5. Диффузия и дрейф неравновесных носителей, соотношение Эйнштейна.
Плотность тока и градиент уровня Ферми. Уравнение непрерывности, анализ частных случаев локального возбуждения и инжекции.
6. Контактные явления. Различные типы контактов. Контакт твердое тело – вакуум.
7. Контакт металл – полупроводник. Диоды Шоттки. Диодная и диффузионная теории выпрямления.
8. Электронно-дырочный переход. Количественная теория инжекции и экстракции неосновных носителей. Выпрямление и усиление с помощью p-n переходов. Статическая вольт-амперная характеристика (ВАХ) p-n перехода.
Туннельный эффект в p-n переходах. Основные представления о полупроводниковых гетеропереходах, их применение.
9. Оптические и фотоэлектрические явления в газе и твердом теле.
10.Спонтанное и вынужденное излучение. Газоразрядные и твердотельные лазеры.
11.Фотоэффект в p-n переходах. Солнечные батареи. Преобразование электрических сигналов в световые.
12.Наноэлектроника. Квантовые ямы и сверхрешетки. Квантовые нити и квантовые точки. Электронные состояния в наноструктурах. Оптические свойства наноструктур. Нанотехнология. Приборы наноэлектроники.
Методы анализа поверхности и тонких пленок 1. Основы энергоанализа заряженных частиц. Основные типы энергоанализаторов. Методы регистрации частиц. Вторичный электронный умножитель.
2. Дифракция медленных и быстрых электронов (на просвет и отражение) как методы исследования структуры поверхности.
3. Электронная Оже-спектроскопия. Основное уравнение. Методы количественной Оже-спектроскопии.
4. Фотоэлектронная спектроскопия (ФЭС и УФЭС). Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС или ЭСХА – электронная спектроскопия для химического анализа) и конструкции приборов.
Химические сдвиги уровней. Количественная РФЭС.
5. Спектроскопия характеристических потерь энергии (СХПЭЭ).
Одночастичные и многочастичные возбуждения электронов в твердом теле.
Количественная СХПЭЭ.
6. Растровая электронная микроскопия. Режимы работы. Особенности формирования контраста. Рентгеновский микроанализ. Конструкции растровых электронных микроскопов и микроанализаторов.
7. Туннельная и атомно-силовая микроскопия. Физические основы.
Конструкция микроскопов. Применения. В физическом и медицинском материаловедении.
Взаимодействие физических полей с живыми организмами 1. Ионизирующие излучения и их взаимодействие с веществом. Биологическое действие ионизирующих излучений. Радиационные технологии в медицине.
2. Электромагнитные свойства биологических сред. Взаимодействие электромагнитных полей с живыми организмами. Биологическое воздействие электромагнитного поля. Свойства оптического излучения и основы фотобиологии. Оптическое излучение в медицине.
Рекомендуемая литература 1. Н. Н. Коваль, Е. М. Окс, Ю. С. Протасов, Н. Н. Семашко Эмиссионная электроника. 2. О.А. Подсвиров Динамическая теория дифракции электронов в кристалле.
Квантовые аспекты.. 2012 [Электронный ресурс].
3. Ю. К. Голиков, Н. К. Краснова Теория синтеза электростатических энергоанализаторов. 4. Ю.К. Голиков, К.В. Соловьев Электростатические ионные ловушки. 5. В. О. Самойлов Медицинская биофизика. СПбГПУ, 6. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ / Дж.
Голдстейн и др. Кн. 1, 2. М.: Мир, 1984.
7. Броудай И., Мерей Дж. Физические основы микротехнологии. М.: Мир, 1985.
8. Добрецов Л.Н., Гомоюнова М.В. Эмиссионная электроника. М.: Наука, 1966.
9. Епифанов Е.И., Мома Ю.А. Твердотельная электроника. М.: Высш. шк., 1986.
10.Гусева М.Б., Дубинина Е.М. Физические основы твердотельной электроники. М.: Изд-во МГУ, 1986.
11.Чопра К.Л. Электрические явления в тонких пленках. М.: Мир, 1972.
12.Палатник Л.С., Папиров И.И. Эпитаксиальные пленки. М.: Наука, 1971.
13.Ламперт М., Марк П. Инжекционные токи в твердых телах. М.: Мир, 1973.
14.Методы анализа поверхности. Под ред. А. Зандерны. М.: Мир, 1979. Гл. 3 — 15.Афанасьев В.П., Явор С.Я. Электростатические энергоанализаторы для пучков заряженных частиц. М.: Наука, 1978.
16.Электронная и ионная спектроскопия твердого тела / Под ред. Л. Фирменса.
М.: Мир, 1981.
17.Анализ поверхности методами Оже и РФЭС / Под ред. А. Бригса, М.В. Сиха.
М.: Мир, 1987.
18.Бинниг Г., Рорер Г. Сканирующая туннельная микроскопия – от рождения к юности // УФН. 1988. Т.154.
19.Ю.А.Кацман. - Приборы СВЧ. - М.: Высшая школа. -1983. 368 с.
20.С.П.Бугаев, В.И.Канавец, В.И.Кошелев, В.А.Черепенин.- Релятивистские многоволновые СВЧ-генераторы. - Новосибирск: Наука СО. - 1991. 296 с.
21.Д.И.Трубецков, А.Г.Рожнев, Д.В.Соколов.- Лекции по сверхвысокочастотной вакуумной микроэлектронике. - Саратов: Изд. ГосУНЦ “Колледж”. -1996.
22.С.И.Молоковский, А.Д.Сушков. - Интенсивные электронные и ионные пучки. - М.: Энергоатомиздат. - 1991. 303 с.
23.Голант В.Е., Жилинский А.П., Сахаров И.Е. Основы физики плазмы. «Лань», 2011. 448 с.
24.Райзер Ю.П. Физика газового разряда. ISBN: 978-5-91559-019-8 2009. 736с.
25.Ю.Б.Кудряшов, Б.С. Беренфельд Радиационная биофизика. – М.: Изд.МГУ, 1979 – 240 с.
26.Э.Дж. Холл Радиация и жизнь: пер. с англ. – М.: Медицина, 1989. – 256 с.
27.Радиация. Дозы, эффекты, риск. – М.: Мир, 1988. – 79 с.
28.А.С.Пресман. Электромагнитные поля и живая природа. М.: "Наука". 1968.
29.В.В. Тучин Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях.
М. «Физматлит». 2010.
30.Э.Ш. Исмаилов Биофизическое действие СВЧ-излучений. – М.:
Энергоатомиздат, 1987. – 144 с.
31.Ю.А.Холодов. Мозг в электромагнитных полях. М.: "Наука". 1982.
32.Ю.А.Холодов. Магнетизм в биологии. М.: "Наука".1970.
33.Н.Д. Девятков, М.Б.Голант, О.В.Бецкий. Миллиметровые волны и их роль в процессах жизнедеятельности. М.: «Радио и связь». 16.04.01 - «Техническая физика»
Физико-химические основы создания новых материалов и технологий в медицине и биотехнологии 1. Основные методы получения синтетических высокомолекулярных соединений.
2. Основные классы природных полимеров.
3. Медицинские полимеры и материалы.
4. Модификация биологически активных веществ полимерами.
5. Хроматография биологически активных веществ.
6. Электрофорез биологически активных веществ.
7. Культивирование микроорганизмов.
8. Противоточное разделение биологически активных веществ.
9. Мембранные методы разделения биологически активных веществ.
10.Ферментная биотехнология. Иммобилизация ферментов.
11.Основные представления о динамике макромолекул.
12.Радиоспектроскопия молекул и макромолекул.
13.Диэлектрическая спектроскопия макромолекул.
14.Дисперсия оптического вращения.
15.Полимерные композиционные материалы Литература:
1. Паутов В.Д. Прикладная физика. Гидродинамические и оптические методы исследования лекарственных веществ. Учебное пособие. СПб.: Издательство Политехнического университета. 2006. 99 с.
2. Паутов В.Д. Прикладная физика. Спектроскопические методы исследования лекарственных веществ. Учебное пособие. СПб.: Издательство Политехнического университета. 2006. 127 с.
3. Панарин Е.Ф. «Полимеры в медицине и фармации». Учебное пособие. СПб.:
Издательство Политехнического университета, 2008. 192 с.
4. Писарев О.А., Полякова И.В. «Фракционирование биологически активных веществ. Часть 1: Аналитические методы». Учебное пособие. СПб.:
Издательство Политехнического университета, 2009. 95 с.
5. Е.Ф. Панарин «Химия высокомолекулярных соединений». Учебное пособие.
СПб.: Издательство Политехнического университета, 2010. 203 с.
6. Ганин П.Г, Писарев О.А. «Физико-химические основы культив ирования микроорганизмов и выделения целевых продуктов биосинтеза».
Издательство Политехнического университета.2010.140c.
7. Писарев О.А, Полякова И.В. «Фракционирование биологически активных веществ. Часть 2: Препаративные методы». Учебное пособие. СПб.:
Издательство Политехнического университета, 2011. 180с.
8. Соловский. М.В. Физиологически активные полимеры. Учебное пособие.
СПб.: Издательство Политехнического университета, 2011. 110с.
9. Юдин В.Е. Материаловедение и технология конструкционных материалов.
Учебное пособие. Издательство Политехнического университета, 16.04.01 - «Техническая физика»
Нейробиологическая инженерия 1. Строение прокариотической и эукариотической клеток. Межклеточные коммуникации.
Химические компоненты клеток. Источники энергии клетки.
ДНК. Структура и функции. Механизмы репликации ДНК.
Основные генетические механизмы. Синтез РНК и белка.
Плазматические мембраны. Строение. Липидный бислой.
Перенос малых молекул через мембрану. Белки-переносчики.
Мембраносвязанные ферменты. Активный транспорт.
Мембранный потенциал. Потенциал-зависимые ионные каналы.
Эндоцитоз. Экзоцитоз.
митохондриях. Дыхательная цепь.
Компартментализация в клетках высших организмов. Функции основных клеточных компартментов.
Аппарат Гольджи. Гликозилирование. Транспорт из Аппарата Гольджи к секреторным пузырькам и клеточной поверхности.
Клеточное ядро. ДНК и белки, входящие в состав хромосом.
Транскрипция. Трансляция.
Сократительные элементы клеток скелетной мышцы.
Межклеточная сигнализация. Стратегии химической сигнализации:
использование гормонов, локальных химических медиаторов и Механизмы передачи сигнала с участием рецепторных белков клеточной поверхности.
2. Клеточный цикл. Механизмы клеточного деления. Клеточная гибель.
Клеточная адгезия, соединения между клетками и внеклеточным матриксом. Внеклеточный матрикс.
специализированных тканей, стволовые клетки, обновление ткани.
Свойства и функции нейрона. Свойства и механизмы взаимодействия нервных центров. Интегративные функции ЦНС.
Способы изучения клеток. Электронная и световая микроскопия.
Особенности флуоресцентной микроскопии. Конфокальная Изучение макромолекул с помощью антител и радиоактивных 3. Физико-химические методы анализа белков и ДНК.
16.04.01 - «Техническая физика»
Реабилитационные биотехнические системы 1. Механические свойства соединительной ткани. Кость как орган: строение, физико-химические свойства. Остеология: общие понятия. Скелет: его отделы. функции скелета. Врожденные пороки его развития. Онтогенез, прогенез и киматогенез. Критические периоды развития. Классификация пороков развития. Обследование ортопедического больного.
2. Синдесмология. Сустав, и его компоненты, их характеристика, степени свободы, объем подвижности в суставах в зависимости от анатомической конструкции. Классификация суставов по их конструкции; соотношение с техническими шарнирами.
3. Миология. Типы строения мышц. Одно- и многосуставные мышцы. Точка фиксации и точка движения. Мышцы синэргисты и антагонисты.
Анатомическая и функциональная «мышца». Мышечная синэргия.
Структура мышечной ткани. Биофизика сокращения волокон скелетных мышц. Мышечный электрогенез. Электромиограмма. Основные зависимости развития мышечного усилия от нагрузки, скорости и частоты сокращений.
Функциональное назначение различных мышечных групп; «топография»
силы. Антигравитационные, обеспечивающие деятельность, компенсирующие нарушения равновесия и основные функциональные группы мышц.
4. Функциональная и топографическая анатомия: определения, задачи, методы исследования. Опорно-двигательная система: структура, биологические многозвенники — манипуляторы и педипуляторы, их функциональные возможности, плоскости и объемы движений в суставах, возможные сочетания. Взаимосвязь топографической анатомии с биомеханикой, клиническими дисциплинами, ортезированием и протезированием.
5. Свободная верхняя конечность: скелет, мышечные группы, суставы.
Степени подвижности и направления движений в суставах верхних конечностей. Плечевой пояс. Строение. Движение по направлению и по объему. Основные мышечные группы плечевого пояса. Иннервация и кровоснабжение. Кисть руки. Анатомо-физиологические особенности.
Функции. Движения типа: схвата, флексии всей кисти, экстензии всей кисти, веерообразная экстензия пальцев; мелкая моторика пальцев. Основные моторные группы кисти. Иннервация и кровоснабжение кисти. Пороки развития предплечья, варианты. Лучевая и локтевая косорукость. Лечение и реабилитация при ней.
6. Скелет туловища: позвоночный столб, реберная грудная клетка. Костносвязочный аппарат. Собственные мышцы грудной клетки и позвоночного столба. Наружные мышцы груди и спины. Диафрагма. Передняя и задняя колонны позвоночного столба. Особенности тел позвонков и межпозвонковых дисков в различных отделах. Физиологические изгибы позвоночника. Типы суставов и степени их подвижности. Кривошея, формы, динамика. Костная и мышечная кривошея. Оперативное и консервативное лечение. Позвоночный столб, анте-, ретро- и латерофлексии, ротационные движения; особенности по отделам; грудная клетка и функции ребер, таз:
строение, связь с нижними конечностями; опорно-локомоторная функция.
Лордоз и кифоз: норма и патология. Сколиоз. Сколиотическая аномалия осанки и сколиотическая болезнь. Формы. Современные методы измерения и оценки искривлений позвоночника. Основные методы лечения. Технические средства реабилитации.
7. Скелет и биодинамика тазового пояса. Таз как целое. Пояснично-крестцовое сочленение. Особенности межпозвонкового диска. Тазобедренный сустав.
Направления и объем движений в суставе, мышечные группы, обеспечивающие эти движения. Врожденный вывих бедра. Дисплазии.
Оперативное и консервативное лечение. Обследование позвоночника.
Основные признаки патологии. Осанка: понятие и типы. Технические средства реабилитации.
8. Скелет и биодинамика свободной нижней конечности. Основные мышечные группы бедра, голени Пороки развития костей голени. Классификация.
Операции и технические средства реабилитации. и стопы. Коленный сустав, особенности его строения и движения в суставе. Голеностопный сустав, его структура и функциональные возможности. Методы описания дефектов конечностей в соответствии с Национальным Стандартом РФ ГОСТ-Р53344Стопа. Анатомо-функциональная характеристика. Костно-связочный и мышечный аппараты стопы. Собственный и внешний. Иннервация и кровоснабжение стопы. Установка стопы в голеностопном суставе. Своды стопы. Их деформации. Патология продольного и поперечного свода.
Плоскостопие. Принципы лечения. Врожденная косолапость, формы степени. Технические средства реабилитации при косолапости.
9. Биомеханика: определение, задачи. Движения, действия, операции, деятельность. Способы описания, регистрации и анализа. Шарнирные многозвенники и виды рычажных механизмов. Базовые биомеханические свойства опорно-двигательной системы. Их организация и реализация.
Современные методы и аппаратные комплексы клинической биомеханики.
Трение в кинематических парах механизмов и биологических систем. Конус трения. Изнашивание элементов кинематических пар. Виды при жестком, упругом контакте, скольжении и качении. Связь биомеханики с протезированием, ортезированием, лечебной физкультурой, инженерной психологией и эргономикой жизнедеятельности. Двигательная система человека: опорно-двигательная, манипуляционная, ориентационноадаптационная. Основные виды деятельности опорно-двигательной системы.
Общая кинематическая схема тела человека (ОКСТ). Понятия и описание.
Кардинальные точки. Обобщенные координаты и их фазовое пространство в динамике движений. Естественные координаты и релятивная метрика в биоуправлении. Специфика и классификация шарниров биокинематических пар. Пассивные и активные связи в шарнирах. Методы борьбы с ним.
Биомеханически полносвязный и неполносвязный механизмы. Избыточные связи. Организация управления при наличии избыточных связей. Активация степеней свободы биошарниров. Фиксация и утилизация степеней подвижности. Их парциальность в естественном движении. Приведенные моменты и силы инерции. Расчет при изменении конфигурации механизма.
Звено приведения. Кинематическая схема тела с распределенными и сосредоточенными параметрами. Положение общего центра масс при изменении конфигурации схемы тела. Барицентр, его положение и динамика.
Расчет инерциальных моментов в кинематической схеме тела. Структура сил, действующих в биомеханизмах при различных конфигурациях.
Взаимодействие между звеньями в целенаправленном движении. Основные биомеханические свойства верхних конечностей как манипулятора в биосистеме при организации целевого движения в различных режимах.
Подкосоустойчивость коленного шарнира. Понятие, основные технические решения формирования подкосоустойивости. Расчет числа степеней свободы в многозвенном шарнирном механизме. Функция положения конечного звена манипулятора и педипулятора. Точность позиционирования многозвенника и его конечного звена. Рабочие зоны манипуляторов и педипуляторов.
Операционная структура деятельности человека на производстве. Базовые системы основных операций и действий по профессиям и типам производств.
10.Интегральные характеристики биотканей как реакции на внешние механические нагрузки. Классификация внешних воздействий. Статические и динамические воздействия различной длительности, силы, направления и ритма; ударное и вибрационное воздействие. Невесомость и гипергравитация. Механические свойства заменителей биологических тканей. Основные требования. Полимерные материалы: их строение, классификация, свойства. Устойчивость к циклическим нагрузкам. Усталость и износоустойчивость. Иммуно-совместимость. Несмачиваемость и антикоагулянтные свойства. Композитные материалы, их особенности.
11.Теория деятельности человека. Операционная структура деятельности.
Движение, моторные синэргии, автоматизмы. Методы, параметры и критерии оценки двигательной деятельности. Информационные, концептуальные и операциональные модели организации деятельности.
Уровни построения движений (Н.А.Бернштейн). Средства отображения информации в биотехнических системах. Датчиковые схемы восприятия элементов среды, формирование информационной модели в технической и биологической системах. Средства отображения информации, адекватные восприятию человека. Афферентный синтез в теории функциональных систем П.К. Анохина. Требования к надежности системы для их реализации.
Закономерности надежности технической и биотехнической системы.
Устойчивость управления. Эргатическая система. «Человеческий фактор», его противоречивость относительно задач системы. Особенности надежности эргатических систем. Гомеостаз: понятие, основные принципы поддержания. Адаптация организма к среде и деятельности. Отказ в работе биотехнической системы. Семантика и интенсивность отказов как показатель надежности системы. Борьба с отказами.
12.Инвалидность: определение, причины. Ампутация конечностей: причины, уровни, формирование и «воспитание» культи. Военная травма. Стресс.
Понятие, адаптационно-компенсаторные реакции. Стресс и гомеостаз.
Гиподинамия. Ампутация как стресс: изменение кровообращения, дыхания, нарушение гормональной системы, адаптационно-компенсаторные реакции.
Вторичные изменения вследствие ампутации. Культя. Ее характеристики, формирование и «воспитание». Пороки и болезни культи. Методы профилактики и лечения.
13.Медико-социальная экспертиза: задачи, организация; Понятия, цели, задачи, структура, индивидуальная программа реабилитации (ИПР) инвалидов.
Протезно-ортопедическая помощь в России. Фонд социального страхования (ФСС).
14.Порядок оказания протезно-ортопедической помощи инвалидам; ПРОП: его структура, организация, функции. Социальная защита инвалидов в РФ. Пути развития. Федеральный закон «О социальной защите инвалидов в Российской Федерации». Понятие реабилитации инвалидов. Виды и роль технических средств в реабилитации инвалидов. Перечень технических средств социально-бытового, трудового и пр. назначения. Основные типы конструкций при поражении опорно-двигательной системы. Технические средства обеспечения передвижения инвалидов: дополнительные опоры, кресла-коляски, пандусы, костыли, трости и др. Биомеханическое обоснование назначения. Медицинская помощь инвалидам с поражениями опорно-двигательной системы. Социальное обеспечение. Доступная среда обитания инвалида. Определение. Причины снижения доступности. Ее формирование методами реабилитации инвалида и организации среды.
Обеспечение занятости инвалидов.
15.Оптимальный технологический процесс производства. Современная база машиностроения. Детали машин: классификация, принципы разбиения изделия на элементы. Структура технологического машиностроительного процесса и производства. Оборудование и инструменты. Сборочные операции и технологические процессы. Этапы разработки технологических процессов изготовления деталей машин. Принципы разработки технологических операций, выбор оборудования, оснастки и инструмента.
Нормирование операций. Основные погрешности обработки, их учет.
Основные положения теории базирования. Погрешности базирования.
Алгоритм последовательности обработки отдельных поверхностей.
Технология изготовления заготовки по типу детали. Технологический маршрут обработки деталей, структура операций. Технология изготовления втулок и дисков. Технология изготовления корпусных деталей. Типы.
Особенности. Выбор заготовки при проектировании конструкции. Структура гибкого автоматизированного производства. Специфика оснастки и инструмента Станки с ЧПУ. Управляющие программы обработки заготовок на различных станках с ЧПУ.
16.Задачи анализа и синтеза механизмов. 1-я и 2-я задачи динамики механизма.
Силовые передачи, требования к ним. Организация силовой передачи приводов механизмов. Манипуляторы и педипуляторы как разомкнутые многозвенники с управлением приводами. Их основные характеристики.
Шарнирный четырехзвенник, его преобразования в основные виды рычажных механизмов. Кулачковые механизмы. Основные элементы и законы движения. Назначение и область применения. Зубчатые механизмы:
назначение, виды зацепления, области применения. Червячные передачи:
виды, преимущества и недостатки в сравнении с зубчатыми передачами.
Пружинные механизмы. Виды, аккумуляция и отдача энергии. Технология изготовления валов.
17.История протезирования. Протез как биотехническая система; особенности организации и управления. Протезы для различных уровней ампутации.
Различия в протезировании верхних и нижних конечностей. Узлы протезов.
Управление протезами верхних конечностей: организация, принципы и методы. Основные принципы управления: по силе, по скорости, по положению на основе разомкнутого контура и контура с обратной связью.
Реверсивное управление. Оптимизация организации протезирования верхних конечностей в целях самообслуживания при различных уровнях ампутации.
Разомкнутая и замкнутая системы управления. Типы обратной связи.
Фазовое пространство обобщенных координат управления. Устойчивость систем с обратной связью.
18.Модульная система протезирования, ее противоречия: унификация и индивидуализация узлов. Современные базовые модули протезов для различных уровней ампутации. Класс, группа и тип детали.
Индивидуальное, сложное и атипическое протезирование в зависимости от уровня ампутации конечности. Функциональный и косметический протез.
Методы управления исполнительными устройствами протезов при различных уровнях ампутаций Современные подходы к синтезу систем управления. Программное и ситуативное управление. Устойчивость управления по целевой функции. Протезно-ортопедические изделия общего и специального назначения. Рабочие насадки для различных профессий (трудовых операций), самообслуживания и занятия физкультурой и спортом.
«