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指导方针
6.101是一门电子学的实验导论课。学生们可以在一个实际真实的实验室环境中学习模拟电路的设计和工作的原理。他们不仅要用到诸如电阻、二极管、晶体管等分立元件,还要用到集成元件比如运算放大器等。此外,还要用到基本的电子测量仪器(数字万用表、示波器、信号发生器、曲线描摹仪等等)。共有六个实验,开始是照着做,然后过渡到设计;在学期的第二部分会有合作项目设计。
注意:指导老师会按实验进度给出每周四小时的辅导,助教会按教学进度给出每周十小时的辅导。我们同样鼓励你们在其它时间,通过预约或在你们能找到我们的情况下来见我们。
人事
指导老师: Ron Roscoe
家庭作业
问题给于每周三发下去(共五周),从第二周开始,并且于下周三上课时交上来。
考核情况
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家庭作业 - 10%
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两次测验 -- 15%
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实验 --------- 25%
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项目 ------ 50%
实验
在这门课的开始阶段(前半学期),你要完成6个大实验. 他们开始时完全是“照葫芦画瓢”,然后逐渐过渡到设计实验. 实验一、五 和六要求签到. 实验内容与周五的课上发下去(除了实验一),实验报告于下周物交到助教的办公室中不能晚交,除非你有书面的病假条.
注意:你可以想到这些实验任务每周会占用你平均10个小时的时间。你会罚下,除非你及早开始做它们,并且计划好投入较多的时间,否则很难完全完成它们。第一个实验很长,你有十天的时间完成它。
你需要准备一本实验笔记本来记录实验中的所有工作. 因为在每次实验中都要这本笔记本,因此你可以在其中详细叙述你的实验方案并且/或提交本笔记中的某些部分的复印件作在这些情况下,你原本可能在笔记中就一个特殊的问题总结一下你的结果并放上你总结好的复印件. 但无论如何,拟提交的报告必须整洁清晰,并且经过认真的组织. 如果助教不能理解你所的内容,那么你将没有学分. 确定你上交的任何东西都有附件,以防某些东西丢失或损坏!!
虽然你可以自由的与6.101课程的同学讨论你的作业, 但希望你们每次实验报告都应独立完成,并且报告是独立完成的.
主要内容主要包括以下六个实验:
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射频传输和接收;调谐电路的Q值和带宽,AM检波
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对数放大器;整流二极管和整流电源;齐纳二极管;使用Tektronix曲线仪测量三极管和场效应管的特性
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三极管放大器和场效应管放大器的直流偏置的重要性;绕一个你自己的电容;电容是如何影响低频相应的;把FET用作模拟开关
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运算放大器:反相结构:输出失调、增益、带宽、变化率、饱和;比较LM741 和Lf356;反相加法器;电压跟随器;施密特触发器;积分器,微分器;精密整流器;互补推挽输出级
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带有改进型推挽输出级的运算功率放大器:双晶体管的差分放大器;三极管电流源和场效应管电流源;555锯齿波发生器和压控振荡器 [注:这个实验要求验证.]
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直流电压调节器; 低电池检波器;三输入运放混合器和实验五功率运放的增益控制级. [注:这个实验要求签到.]
项目
在学期的后半部分,你要从是一项设计项目,班级分成三人一组,每组确定一个项目. 这个项目最终以“产品”的形式出现,并且这个产品要达到所有的目标,尤其是要达到最基本的性能指标.然后每组完成产品的最优化设计.(最优美的设计,最好的性能,最接近技术指标,最容易操作,组成部分最少,价格最低). 建议性的项目将随后通过电子邮件分发.
[注意: 许多想法会引到你使用数字技术;尽管如此,这是一门模拟课程;在你最终的设计项目中,只用数字电路会降低你的项目等级分数,除非你提前从设计指导老师那儿得到许可,这意味着如果不使用数字电路系统就没有其他方法实现某些功能.如果你项目的主要功能要使用数字技术,那么放弃!!同样,禁止使用像国家的“AM-radio-on-a-chip”这样基本上不需要知道电路工作原理的芯片.我们想要教会你使用基本组件:运算放大器,FET开关,镜像电流源等等进行设计.我们想要训练你,那么你将来可以从事现行设计或模拟设备以及复杂芯片的设计工作!]
设计项目的目标是模拟一个现实世界工业环境中存在的系统设计过程.你们可以想象成你们组正在为一家公司工作,这家公司正在生产消费者所喜爱的某种产品.你们组需要开发执行策略,设计所需的电路,调试达到最终的要求并完成文本.这给了你们一次处理实际问题的机会:包括选择设计,如何选择特殊的部件,电路需要什么样的电源驱动,以及如何设计一个合适的电源,电路应如何布局,组装等等.你最终的报告不仅要包括对电路的描述和运行的情况,还要有对电路设计过程的详细描述.
系里提供有限的资金来完成你的项目[每个工程大约$150].除了使用实验工具包和橱窗中的零件外,你还可以购买额外的部件以完成你的项目.每个队可以使用的金额和购买过程的细则随后公布.
对于你的设计项目,你要在笔记本中对你的工作做完整的记录(电路的创意,测量和实验的结果等等).除了作好实践外,你的笔记本提供了你的项目在各个不同阶段的准确记录,这是你和你的队友在最后的实验报告中对项目描述所需要参考的.学期的最后,我们要将你的实验笔记本和设计项目的报告一并收上.我们会看你的笔记本并作为你在6.101中的记录,在课程评估中会予以考虑.设计项目的最终答辩和书面报告应该是全组人努力的结果.你们中有一部分同学想使用设计项目中的工作以组成报告的基础,这需要服从第二阶段的书面学分.你可以呈交关于你主要工作部分的单独报告.注意你应该有这样一个意识,即由于项目的某些部分可能被借用成为一份单独的书面报告所以你应该分享这一项目的责任.
在学期后半部分,你在实验时间将致力于你的设计项目.在学期最后,你要向知道老师做口头叙述/演示,并且那时你要提交书面报告.口头叙述的时间定于最后一堂课,并且不允许更改.整个项目最好的队,基于电路演示和项目报告,将会赢得一个数字万用表,它可以测量β、电容以及温度,或是赢得全年的模拟类学报电子世界[等值,信不信由你!]
你们队也要每两周和指导老师讨论你们的困难,电路图等等.这样我们可以知道你们的进度,就像工业操作中的工程设计一样.这个检测程序的一部分包括基础电路工作的等级检验.
使用你在6.101中的项目以确保第二阶段书面要求
正如所讨论的,你可以呈交一份关于你主要设计部分的单独报告.为了可以将之考虑在第二阶段的学分中,你的报告必须:
在本学期会有一个介绍,会谈一下一般的工程写作,尤其是如何使你的论文给第二阶段职员鉴定.如果你想要你的论文呈交至第二阶段,你需要填适当的表格.如果你的6.101课程得了A或B,Mr. Roscoe将在你将之呈交给第五本科办公室前给表格签字.当它返回给办公室时,会判出是通过还是没通过,并且如果通过的话,将会通告登记员的办公室.
课本
Neaman, Donald A. 电子电路的分析与设计. 第二版. McGraw Hill, 2001. [ISBN 007 245 1947, 附有两张光盘]
Johnson, D.和 V. Jayakumar. 运算放大器电路:设计与应用. Prentice-Hall, 1982. [这本书已经脱印,你可以在橱窗口买到影印本.]
参考
Horowitz, P.和 W. Hill. 电子学的艺术. 第二版. 剑桥大学出版社, 1989. [我们强烈推荐你购买这本书.这本参考书在其他课程以及毕业后都有用. 图书馆有复印件.]
图书馆
指导老师有对你的项目有用的参考图书,包括上面所推荐的书. 书单列在了专门的手册上. 根据可用的以及所需的副本数,你可以签字通宵借用或逾期借阅这些参考资料.
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