Основы электронной и измерительной техники

Описание: Дисциплина «Основы электронной и измерительной техники» направлена на изучение базовых принципов работы электронных компонентов, схем и измерительных систем, используемых в робототехнике. Курс охватывает основы аналоговой и цифровой электроники, электрических цепей, датчиков и измерительных приборов, а также методы их анализа и проектирования. Студенты изучают принципы работы резисторов, конденсаторов, транзисторов, микросхем и сенсоров, осваивают основы схемотехнических расчетов, измерений и обработки сигналов. Практическая часть включает лабораторные работы по сборке и тестированию электронных схем, работе с датчиками и измерительными приборами, а также моделированию процессов управления робототехническими системами.

Количество кредитов: 6

Пререквизиты:

• Введение в инженерное образование
• Введение в инженерное образование

Трудоемкость дисциплины:

Виды работ	часы
Лекции	30
Практические работы
Лабораторные работы	30
СРОП	30
СРО	90
Форма итогового контроля	экзамен
Форма проведения итогового контроля	Экзамен

Компонент: Компонент по выбору

Цикл: Базовые дисциплины

Цель

• Формирование у студентов базовых знаний о принципах работы, устройстве и применении электронных компонентов и средств измерительной техники.
• Освоение методов измерения электрических и неэлектрических величин с использованием современных приборов.
• Развитие навыков анализа, проектирования и эксплуатации простых электронных и измерительных устройств.
• Подготовка к использованию полученных знаний в области автоматизации, информационно-измерительных систем и инженерных приложений.

Задача

• Изучить основные электронные компоненты и их характеристики (резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы и т.д.).
• Освоить принципы построения и работы электронных схем и устройств.
• Ознакомиться с методами измерения электрических и неэлектрических величин.
• Научиться работать с современными средствами измерительной техники.
• Сформировать практические навыки анализа и расчёта простых электронных схем.
• Развить умение применять знания при решении инженерных и производственных задач.
• Подготовить студентов к изучению более сложных дисциплин в области электроники, автоматики и информационно-измерительных технологий.

Результат обучения: знание и понимание

• Формирование у студентов системного понимания структуры и принципов работы основных узлов и элементов биотехнических систем.
• Изучение взаимодействия технических устройств с биологическими объектами.
• Освоение методов анализа, моделирования и проектирования биотехнических систем.
• Развитие практических навыков применения элементов биотехники в медицине, биоинженерии и смежных областях.

Результат обучения: применение знаний и пониманий

• применять теоретические знания для анализа и проектирования аналоговых и цифровых схем;
• использовать измерительные приборы и сенсорные системы для сбора и обработки данных;
• выполнять лабораторные работы и практические задания по сборке, тестированию и моделированию электронных схем;
• решать инженерные задачи с учетом рационального использования энергии и ресурсов;
• внедрять инновационные подходы и учитывать требования безопасности и экологии при проектировании электронных систем;
• интегрировать междисциплинарные знания при работе с робототехническими устройствами.

Результат обучения: формирование суждений

• оценивать эффективность и корректность проектирования электронных схем;
• анализировать результаты измерений и моделирования, выявлять ошибки и неточности;
• принимать обоснованные инженерные решения при выборе компонентов и схем;
• критически оценивать возможности применения различных сенсоров и измерительных систем;
• прогнозировать влияние изменений параметров на работу робототехнических систем;
• учитывать инновационные, экологические и безопасностные аспекты при разработке электронных устройств.

Результат обучения: коммуникативные способности

• эффективно обмениваться технической информацией и результатами экспериментов с преподавателями и коллегами;
• оформлять отчёты о лабораторных и практических работах в письменной и графической форме;
• представлять и защищать проекты электронных схем и робототехнических систем на семинарах и конференциях;
• участвовать в командной работе, совместно разрабатывать и обсуждать инженерные решения;
• использовать специализированную терминологию в общении с профессиональным сообществом.

Результат обучения: навыки обучения или способности к учебе

• самостоятельно осваивать новые теоретические и практические знания в области электроники и измерительной техники;
• использовать современные учебные ресурсы, базы данных и онлайн-платформы для углубления знаний;
• развивать критическое мышление при анализе информации и данных экспериментов;
• планировать и организовывать собственную учебную деятельность, включая лабораторные и проектные работы;
• применять междисциплинарные подходы при изучении и решении инженерных задач.

Методы преподавания

использование специализированного программного обеспечения: MATLAB, Python, SPICE, симуляторы электронных схем;

работа с электронными научными и учебными базами данных (IEEE Xplore, ScienceDirect, Springer, Google Scholar);

онлайн-платформы для обучения и контроля знаний (Moodle, Google Classroom);

выполнение мини-проектов по анализу и проектированию электронных схем и измерительных систем;

лабораторные работы с реальными датчиками, измерительными приборами и робототехническими компонентами;

исследовательские задания с обработкой и анализом экспериментальных данных;

Blended Learning – сочетание очных занятий и онлайн-ресурсов;

Flipped Classroom – самостоятельное изучение теории и практическое обсуждение на занятиях;

онлайн-курсы по электронике, измерительной технике, робототехнике и автоматизации.

Оценка знаний обучающегося

Преподаватель проводит все виды работ текущего контроля и выводит соответствующую оценку текущей успеваемости обучающихся два раза в академический период. По результатам текущего контроля формируется рейтинг 1 и 2. Учебные достижения обучающегося оцениваются по 100-балльной шкале, итоговая оценка Р1 и Р2 выводится как средняя арифметическая из оценок текущей успеваемости. Оценка работы обучающегося в академическом периоде осуществляется преподавателем в соответствии с графиком сдачи заданий по дисциплине. Система контроля может сочетать письменные и устные, групповые и индивидуальные формы.

Период	Вид задания	Итого
1  рейтинг	Лабораторная работа 1	0-100
	Лабораторная работа 2
	Лабораторная работа 3
	Лабораторная работа 4
	Тест РК 1
2  рейтинг	Лабораторная работа 5	0-100
	Лабораторная работа 6
	Лабораторная работа 7
	Лабораторная работа 8
	Тест РК 2
Итоговый контроль	экзамен	0-100

Политика оценивания результатов обучения по видам работ

Вид задания	90-100	70-89	50-69	0-49
	Отлично	Хорошо	Удовлетворительно	Неудовлетворительно
Аудиторная активность (участие в обсуждениях, ответы, мини-тесты). Практические\/лабораторные работы. Промежуточные тесты . Рубежный контроль. Итоговый экзамен или зачет.	Оценка «Отлично» выставляется студенту, который демонстрирует глубокие знания учебного материала, умение применять их на практике, самостоятельность в мышлении и высокую степень аналитических навыков. Студент полностью и без ошибок выполняет все задания, проявляет инициативу, аргументированно отстаивает свою точку зрения, демонстрирует творческий подход и способность к самостоятельному исследованию.	Оценка «Хорошо» выставляется студенту, который демонстрирует прочные знания учебного материала и умеет применять их в стандартных ситуациях. Допускаются незначительные ошибки, которые не искажают общего понимания темы. Студент проявляет способность к анализу, аргументирует свои ответы, выполняет большинство заданий самостоятельно, но иногда нуждается в уточнениях или дополнительной помощи	Оценка «Удовлетворительно» выставляется студенту, который усвоил основные положения учебного материала, но имеет фрагментарные знания и затрудняется применять их на практике. Допускаются ошибки и недочёты, влияющие на полноту и глубину ответа. Студент выполняет задания частично, нуждается в постоянных уточнениях и поддержке преподавателя.	Оценка «Неудовлетворительно» выставляется студенту, который не усвоил учебный материал и не демонстрирует необходимых знаний и навыков. Ответы отсутствуют или носят поверхностный, фрагментарный характер. Задания не выполняются или выполнены с грубыми ошибками, не позволяющими достичь минимальных требований к результатам обучения.

Форма оценки

Итоговая оценка знаний обучающего по дисциплине осуществляется по 100 балльной системе и включает:

• 40% результата, полученного на экзамене;
• 60% результатов текущей успеваемости.

Формула подсчета итоговой оценки:

И= 0,6	Р1+Р2	+0,4Э
	2

 

где, Р₁, Р₂ – цифровые эквиваленты оценок первого, второго рейтингов соответственно; Э – цифровой эквивалент оценки на экзамене.

Итоговая буквенная оценка и ее цифровой эквивалент в баллах:

Буквенная система оценки учебных достижений обучающихся, соответствующая цифровому эквиваленту по четырехбалльной системе:

Оценка по буквенной системе	Цифровой эквивалент	Баллы (%-ное содержание)	Оценка по традиционной системе
A	4.0	95-100	Отлично
A-	3.67	90-94
B+	3.33	85-89	Хорошо
B	3.0	80-84
B-	2.67	75-79
C+	2.33	70-74
C	2.0	65-69	Удовлетворительно
C-	1.67	60-64
D+	1.33	55-59
D	1.0	50-54
FX	0.5	25-49	Неудовлетворительно
F	0	0-24

Темы лекционных занятий

• Введение в электронную и измерительную технику
• Электрические величины и законы электрических цепей
• Пассивные элементы электрических цепей
• Активные элементы электрических цепей
• Основы аналоговой электроники
• Основы цифровой электроники
• Электронные измерительные приборы
• Методы измерения электрических величин
• Сенсоры и датчики физических величин
• Преобразователи сигналов: аналоговые и цифровые
• Системы сбора и регистрации данных
• Автоматизация измерительных процессов
• Обработка и визуализация измерительных данных
• Качество измерений и метрология
• Современные тенденции в электронной и измерительной технике

Основная литература

• Кудрявцев В. Н., Сизов Ю. А. Электронные измерительные приборы и устройства. – СПб.: Питер, 2010.
• Панов М. И. Электроника и основы микроэлектроники. – М.: Академия, 2012.
• Гусев В. Г. Электронные устройства и измерительная техника. – М.: Юрайт, 2018.
• Бентли Дж. П. Принципы измерительных систем. – 4-е изд. – Pearson, 2005.

Дополнительная литература

• Асади Ф., Эгучи К. Электронные измерения: практический подход. – Springer, 2022.
• Кумар В. Дж. Принципы электрических измерений и измерительных приборов. – Springer, 2023.
• Седра А. С., Смит К. К. Микроэлектронные схемы. – 7-е изд. – Oxford University Press, 2015.