| Кафедра електронної інженерії | |
КОНСТРУЮВАННЯ ТА МОДЕЛЮВАННЯ В ЕЛЕКТРОНІЦІ Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус) |
Реквізити навчальної дисципліни
Рівень вищої освіти | Перший (бакалаврський) |
Галузь знань | 17 Електроніка та телекомунікації |
Спеціальність | 171 Електроніка |
Освітня програма | Електронні компоненти та системи |
Статус дисципліни | Нормативна |
Форма навчання | очна (денна) |
Рік підготовки, семестр | 3 курс, осінній семестр |
Обсяг дисципліни | 4 кредитів (120 годин) |
Семестровий контроль/ контрольні заходи | залік |
Розклад занять | лекції, практичні та лабораторні заняття, http://rozklad.kpi.ua/ |
Мова викладання | Українська |
Інформація про | Лектор: к.т.н, доцент, Карплюк Євгеній Сергійович, yk-ee@lll.kpi.ua Лабораторні: к.т.н, доцент, Карплюк Євгеній Сергійович, yk-ee@lll.kpi.ua |
Розміщення курсу | Google classroom, електронний кампус КПІ ім. Ігоря Сікорського (https://login.kpi.ua) |
Програма навчальної дисципліни
Дисципліна «Конструювання та моделювання в електроніці» (далі – «КМЕ») є складовою частиною циклу професійної підготовки.
Дисципліна «КМЕ» є важливою складовою у програмі підготовки бакалаврів і базовим для вивчення інших дисциплін.
Метою дисципліни є формування у студентів здатностей:
Згідно з вимогами програми навчальної дисципліни студенти після засвоєння дисципліни мають продемонструвати такі результати навчання:
знання:
уміння:
досвід:
Дисципліна формує наступні загальні та фахові компетентності:
ЗК 1- Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях.
ЗК 2- Знання та розуміння предметної області та розуміння професійної діяльності.
ЗК 6 - Здатність вчитися і оволодівати сучасними знаннями.
ЗК 7 - Здатність до пошуку, оброблення та аналізу інформації з різних джерел.
ЗК 9 - Здатність працювати в команді.
ФК 7 - Здатність розв’язувати інженерні задачі в галузі мікро- та наносистемної техніки з урахуванням всіх аспектів розробки, проектування, виробництва, експлуатації та модернізації.
ФК 8 - Здатність визначати та оцінювати характеристики та параметри матеріалів мікро- та наносистемної техніки, аналогових та цифрових електронних пристроїв, мікропроцесорних систем.
ФК 12 - Здатність використовувати знання електрофізичних процесів, які відбуваються в твердотільних пристроях, та теоретичних основ побудови мікроелектронних приладів і систем.
ФК 13 - Здатність розробляти прилади мікроелектроніки, мікро- і наноелектронні системи, засоби мікрохвильової техніки.
Згідно з вимогами програми навчальної дисципліни студенти після засвоєння кредитного модуля мають продемонструвати такі результати навчання:
ПРН 1 - Застосовувати знання принципів дії пристроїв і систем мікро- та наносистемної техніки при їхньому проектуванні та експлуатації.
ПРН 3 - Застосовувати знання і розуміння фізики, відповідні теорії, моделі та методи для розв’язання практичних задач синтезу пристроїв мікро- та наносистемної техніки.
ПРН 4 - Оцінювати характеристики та параметри матеріалів пристроїв мікро- та наносистемної техніки, знати та розуміти основи твердотільної та оптичної електроніки, наноелектроніки, електротехніки, аналогової та цифрової схемотехніки, мікропроцесорної техніки.
ПРН 5 - Використовувати інформаційні та комунікаційні технології, прикладні та спеціалізовані програмні продукти для розв’язання задач проектування та налагодження обладнання геліоенергетики, приладів фізичної та біомедичної електроніки.
ПРН 6 - Застосовувати навички планування та проведення експерименту для перевірки гіпотез та дослідження явищ мікро- та наноелектроніки, вміти використовувати стандартне обладнання, складати схеми пристроїв, аналізувати, моделювати та критично оцінювати отримані результати.
ПРН 16 - Використовувати інформаційні технології і системи автоматизованого проектування для розроблення і розв’язання задач проектування аналогових і цифрових мікро- і наносхем і електронних систем.
ПРН 17 - Використовувати інформаційні технології і системи автоматизованого проектування для розроблення і розв’язання задач проектування аналогових і цифрових мікро- і наносхем біомедичної електроніки і біонаносистем.
Вивчення навчальної дисципліни «КМЕ» ґрунтується на знаннях, навичках та досвіді, здобутих під час вивчення дисциплін «Електротехніка», у розділах, пов’язаних з аналізом і розрахунком принципових електронних схем, «Вища математика» у розділах, пов’язаних з диференціюванням, інтегруванням.
Здобуті знання, навички та досвід є основою для вивчення дисциплін «Автоматизація у біоінженерії», який покладається на здобуті знання щодо аналізу та проектування основних елементів аналогових та цифрових пристроїв, та «Біомедичні прилади, апарати і комплекси».
Надається перелік розділів і тем всієї дисципліни.
Інформаційні ресурси:
Базова рекомендована література
Допоміжна рекомендована література
Навчальний контент
Лекційна частина навчальних занять присвячується викладенню методів аналізу та синтезу аналогових електронних схем у відповідності до функціональної класифікації по розділам курсу, а зокрема викладенню функціональних і технічних характеристик сучасної елементної бази, побудови та аналізу типових схем поширених функціональних модулів.
№ з/п | Назва теми лекції та перелік основних питань |
Тема 1.1. Моделювання та проектування електронних компонент та систем Завдання на СРС: Базові моделі SPICE. | |
Тема 1.2. Базові елементи аналогової схемотехніки. Пасивні двополюсні і багатополюсні компоненти. Тема 1.3. Транзистори та їх макромоделі Завдання на СРС: Матричний метод розрахунку схемних функцій. | |
Тема 2.1. Ідентифікація та дослідження моделей напівпровідникових діодів та стабілітронів. Завдання на СРС: Фізика процесів у електронно-дірковому перехід. | |
Тема 2.2. Ідентифікація та дослідження моделей біполярних транзисторів. Завдання на СРС: Фізика процесів у біполярному транзисторі. | |
Тема 2.3. Ідентифікація та дослідження моделей польових транзисторів. Завдання на СРС: Фізика процесів у польовому транзисторі. | |
Тема 2.1. Підсилювачі електричних сигналів. Основні визначення. Класифікація, основні показники підсилювачів. Тема 2.2. Схеми забезпечення статичного режиму біполярного і польового транзистора. Завдання на СРС: Моделювання за постійним струмом у SPICE. | |
Тема 2.3. Базові підсилювальні каскади на біполярному й польовому транзисторі в області робочих частот. Завдання на СРС: Розрахунок схемних функцій для підсилювальних каскадів із СЕ, СБ, СК. | |
Тема 2.4. RC-підсилювач в області малих часів і верхніх частот, в області малих часів і верхніх та середніх частот. Завдання на СРС: Розрахунок схемних частотних характеристик схемних функцій для підсилювальних каскадів із СЕ, СБ, СК. | |
Тема 3.1. Загальні поняття і класифікація зворотних зв’язків. Вплив зворотного зв’язку на підсиленнях і його нестабільність. Вплив зворотного зв’язку на вхідний і вихідний опори підсилювача. Тема 3.2. Вплив зворотного зв’язку на нижню, верхню граничні частоти та смугу пропускання підсилювача. Стійкість підсилювачів зі зворотнім зв’язком. Завдання на СРС: Отримання аналітичних виразів схемних функцій для каскаду, що охоплений зворотнім зв’язком. | |
Тема 4.1. Загальна характеристика та класифікація операційних підсилювачів. Макромоделі операційних підсилювачів. Завдання на СРС: Параметри і номенклатура сучасних операційних підсилювачів | |
Тема 4.2. Масштабні інвертуючий і неінвертуючий підсилювачі. Диференціальний підсилювач. Суматори. Інвертор імпедансу. Завдання на СРС: Схемотехніка інструментальних підсилювачів. | |
Тема 4.3. Диференціатори, інтегратори, фазообертачі. Завдання на СРС: Схеми скидання інтеграторів. Аналіз стійкості інтеграторів та фазообертачів. | |
Тема 5.1. Загальний підхід до проектування активних фільтрів на ОП. Завдання на СРС: Типи апроксимації АЧХ фільтра. Засоби автоматизованого синтезу та аналізу частотних фільтрів. | |
Тема 5.2. Активні НЧ і ВЧ-фільтри першого і другого порядку. Активні смугоперепускаючий і смугозатримуючий фільтри другого порядку. Завдання на СРС: Біквадратні фільтри. | |
Тема 6.1. Умови генерації гармонічних коливань. Тема 6.2. RC-генератори гармонічних коливань на ОП.. Завдання на СРС: Моделювання схем RC-генераторів гармонічних коливань. | |
Тема 6.3. LC-генератори з індуктивною трьохточкою та ємнісною трьохточкою. Завдання на СРС: Моделювання схем LC-генераторів гармонічних коливань. |
Лабораторні роботи призначені для здобуття практичних навичок роботи з реальними системами проектування електронних аналогових схемам, а зокрема середовища наскрізного проектування Cadence Virtuoso, застосування комп’ютерних засобів моделювання дії аналогових компонентів і складених з них електронних схем.
№ | Назва лабораторної роботи | Кількість годин |
Дільник напруги/струму | 2 | |
Схема з декількома джерелами. Аналіз у часовій області | 2 | |
Аналіз схеми із реактивними компонентами. Частотний аналіз | 2 | |
Побудова ВАХ польового транзистору. Багатокомпонентний параметричний аналіз | 2 | |
Проектування транзисторного підсилювача – проектування кола зміщення | 2 | |
Проектування транзисторного підсилювача - моделювання його частотних характеристик | 2 | |
Генерація символу біполярного транзистора на основі малосигнальної h-моделі, створення ієрархічного проекту | 2 | |
Дослідження впливу зворотного зв’язку на характеристики підсилювача | 2 | |
Прості схеми на операційному підсилювачі | 2 | |
Всього | 18 |
Самостійна робота студента включає опрацювання тем, які в достатній мірі висвітлені в літературних джерелах та виконання індивідуальних завдань.
№ з/п | Назва теми, що виноситься на самостійне опрацювання | Кількість годин СРС |
Проходження онлайн-курсу Virtuoso Schematic Editor на платформі Cadence iLS | 8 | |
Проходження онлайн-курсу Spectre Simulator Fundamentals S1: Spectre Basics vSPECTRE18.1 на платформі Cadence iLS | 8 |
Політика та контроль
Рейтинг студента з кредитного модуля складається з балів, які він отримує за:
Система рейтингових балів
1. Модульна контрольна робота
Метою контрольних робіт є перевірка засвоєння основних теоретичних положень дисципліни, практичних навичок застосування теоретичних знань при розв’язанні практичних задач, перевірка засвоєння навчального матеріалу, який було винесено для самостійного вивчення.
Теми, що виносяться на контрольну роботу, потребують додаткового опрацювання протягом самостійної роботи. Метою контрольної роботи є перевірка якості виконання СРС та закріплення здобутих навичок
Складається з двох частин, присвячених наступним темам:
Контрольна робота виконується кожним студентом самостійно за індивідуальним варіантом.
Кожна частина модульної контрольної роботи виконується в формі письмової відповіді на одне теоретичне питання та розв'язання задачі щодо аналізу запропонованої схеми. Максимальна оцінка за частину модульної контрольної роботи (МКР) складає 10 балів (5 балів за правильну відповідь на теоретичне питання + 5 балів за правильне розв'язання задачі), що становить 10% від підсумкового рейтингу. Максимальна оцінка за МКР складає 2 частини х 10 балів = 20 балів, що становить 20% від підсумкового рейтингу.
Критерії оцінювання:
2. Лабораторні роботи
В ході вивчення курсу «КМЕ» студенти виконують 9 лабораторних робіти.
Кожна з лабораторних робіт за підсумками захисту оцінюється за системою з максимальним балом 5, що складає 5% від підсумкового рейтингу.
Критерії оцінювання:
3. Виконання розрахунково-графічної роботи
В ході вивчення курсу «Схемотехніка-1. Аналогова схемотехніка» студенти виконують розрахунково-графічну роботу (РГР) «Синтез активних фільтрів», яка передбачає синтез та розробку схеми електричної принципової функціонального блоку аналогової обробки сигналу з аналізом розробленого рішення.
Розрахунково-графічна робота виконується у терміни, встановлені викладачем. РГР вважається виконаною правильно, якщо всі завдання виконані повністю, відповідно до завдання, використані належні методи та отримані правильні результати згідно специфікації до синтезу активного фільтра. Максимальна оцінка за РГР зданий та захищений вчасно становить 25 балів, що складає 25% від підсумкового семестрового рейтингу.
Всі завдання розрахунково-графічної роботи є обов'язковими до виконання. За кожне завдання РГР, не здане на момент підрахунку остаточного рейтингу, рейтинг знижується на відповідну кількість балів.
Порядок перерахунку рейтингу у підсумкову оцінку
Рейтинг є кількісною мірою знань та умінь студентів, отриманих протягом вивчення дисципліни. На основі набраного рейтингу RD виставляється підсумкова оцінка.
Рейтинг набирається за підсумками:
Протягом семестру виконується 9 лабораторних робіт, 1 МКР (ч.1 і ч.2), РГР (за наявності у силабусі) і проходження 2 курсів на платформі Cadence iLS.
Вид завдання | Кількість завдань | Шкала оцінювання (найвища оцінка) |
Лабораторні роботи | 9 | 5 |
МКР: | 1 | 20 |
теоретичне питання | 2 | 5 |
практичне завдання | 2 | 5 |
Сертифікат Cadence iLS | 2 | 5 |
РГР (за наявності у силабусі) | 1 | 25 |
Формується підсумок семестрового рейтингу відповідно у відповідності до термінів проміжних атестацій. Таким чином, максимальний рейтинг за всіма видами робіт протягом семестру складає Rсем = 9×5 + 20 + 2×5 + 25 = 100 балів.
Залік проводиться за білетами з 2 теоретичних та 1 практичного завдання. Теоретичні завдання оцінюється за тридцятибальною шкалою, практичне завдання за сорокабальною.
Оцінки визначаються відповідно до таблиці:
Значення рейтингу | Оцінка та її визначення |
0,95R ≥ RD | Відмінно |
0,85R ≥ RD > 0,95R | Дуже добре |
0,75R ≥ RD > 0,85R | Добре |
0,65R ≥ RD > 0,75R | Задовільно |
0,6R ≥ RD > 0,65R | Достатньо (задовольняє мінімальні критерії) |
RD < 0,6R | Незадовільно |
Умови позитивної проміжної атестації
Календарна атестація студентів (на 8 та 14 тижнях семестрів) з дисциплін проводиться викладачами за значенням поточного рейтингу студента на час атестації. Якщо значення цього рейтингу не менше 50 % від максимально можливого на час атестації, студент вважається задовільно атестованим. В іншому випадку в атестаційній відомості виставляється «незадовільно».
Сертифікати проходження дистанційних чи онлайн курсів за відповідною тематикою можуть бути зараховані за умови виконання вимог, наведених у НАКАЗІ № 7-177 ВІД 01.10.2020 Р. «Про затвердження положення про визнання в КПІ ім. Ігоря Сікорського результатів навчання, набутих у неформальній/інформальній освіті»
Орієнтований список теоретичних питань, що виносяться на екзамен наведено у Додатку 1.
Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено доцентом кафедри електронної інженерії, к.т.н., Карплюком Євгенієм Сергійовичем та доцентом кафедри електронної інженерії, к.т.н., Порєвою Ганною Сергіївною.
Ухвалено кафедрою електронної інженерії (протокол № 34 від 22 червня 2022р.)
Погоджено Методичною комісією факультету електроніки (протокол № 06/22 від 29.06.2022р.)
Додаток 1.
Орієнтовний список екзаменаційних питань з курсу