Физическая электроника - это область науки и техники, изучающая процессы, лежащие в основе работы всех электронных приборов: законы движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях в вакууме, газах, жидкостях и твердых телах; особенности перехода электронов и ионов из одной среды в другую; взаимодействие зарядов друг с другом.

Учебный курс, изучаемый в Саратовском государственном университете, состоит из курса лекций и комплекса занятий в учебной лаборатории.

Краткое содержание курса.

• I. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях.

Вторая часть лекционного курса "Физическая электроника" - "Электронные приборы" посвящена основам функционирования вакуумных, твердотельных и газовых базовых электронных приборов. Курс состоит из лекций и лабораторного практикума.

Краткое содержание курса.

Раздел 1. Вакуумные приборы

   1.1.  Вакуумные диоды

   1.2.  Электронные лампы с сеткой.

   1.3.  Электронно-лучевые приборы.

   1.4.  Элементы вакуумной микроэлектроники.

Раздел 2. Полупроводниковые приборы.

   2.1.Полупроводниковые диоды.

   2.2. Транзисторы.

   2.3. Операционные усилители.

Раздел 3. Газоразрядные приборы.

Теория колебаний и волн - это область науки, исследующая колебательные и волновые явления в системах различной природы (физической, биологической, химической, экономической, социальной и т.д.). Данная теория в первую очередь рассматривает общие свойства колебательных и волновых процессов, а не детали поведения системы, связанные с проявлением ее конкретной природы.

Основываясь на анализе математических моделей, теория волн устанавливает общие свойства, присущие реальным системам, от морских волн и распространения звука и до сложных волновых процессов, возникающих при взаимодействии электронных потоков с электромагнитными полями.

Математический аппарат теории колебаний и волн лежит в основе электроники сверхвысоких частот, физики плазмы, нелинейной оптики и акустики, электродинамики, физики высоких энергий (включая физику взрыва и ударных волн) и многих других областей.

Учебный курс, изучаемый в Саратовском государственном университете, состоит из курса лекций и комплекса занятий в учебной лаборатории.

Краткое содержание курса.

1. Введение. Признаки выделения учения о колебаниях и волнах в самостоятельную дисциплину. Что же такое волна? Несколько определений, свойства волн (энергия, импульс, скорость). Каков образ волны? Линейные волны и принцип суперпозиции. О нелинейных волнах.

2. Колебания в упорядоченных структурах на примере цепочки связанных осцилляторов.

Временная и пространственная дисперсия. Физическая природа дисперсии. Дисперсионное уравнение.

3. Волны в одномерном резонаторе. Квазичастицы. Резонанс волновых систем.

4. Линейные волны в жидкостях и газах.

Звуковые волны. Гравитационные поверхностные волны в идеальной несжимаемой жидкости. Капиллярные волны (волны поверхностного натяжения) и устойчивость атомного ядра по отношению к его делению. Волны от мгновенного точечного источника. Система волн за движущимся объектом. Классификация волн в жидкости.

5. Волны в плазме. Гидродинамическое описание. Плазменные колебания в холодной и горячей плазме.

6. Устойчивость распределенных систем со сплошным спектром. Взаимодействие двух электронных потоков, движущихся с разными скоростями. Абсолютная и конвективная неустойчивость.

7. Скорость распространения волн в среде. Фазовая и групповая скорость волны.

8. Энергия и импульс волн.

9. Волны с отрицательной энергией. Связанные волны. Эффект Доплера.

10. Распространение волн в средах с изменяющимися параметрами. 

Сверхвысокочастотная (СВЧ) электроника как наука занимается, прежде всего, изучением основных физических явлений, методов анализа и моделей, описывающих процессы взаимодействия электронных пучков и электромагнитных волн. Сопутствующие вопросы, которые также находятся в поле зрения СВЧ электроники, это все вопросы, касающиеся конструкции приборов СВЧ: электронные пушки, электродинамические системы, коллекторы для отработанных электронных пучков. Немаловажными являются вопросы применения СВЧ устройств в радиосвязи, радиолокации, в промышленности и энергетике, в быту и в научных исследованиях.

Учебный курс, изучаемый в Саратовском государственном университете, состоит из курса лекций и комплекса занятий в учебной лаборатории.

Краткое содержание курса.

Раздел 1. Основные особенности нелинейных активных сред сверхвысокочастотной электроники.

Раздел 2. Теория излучения.

Индивидуальное излучение заряженных частиц (спонтанное излучение классических осцилляторов). Индуцированное излучение ансамбля возбужденных классических осцилляторов. Линейная квадратичная группировка. Индуцированное и спонтанное излучение в электронных активных средах.

Раздел 3. Временной резонанс в нелинейных активных средах (динамический способ управления электронно-волновой средой).

Физические процессы в двухрезонаторном клистроне–усилителе. Многорезонаторный клистрон. Теория отражательного клистрона: пусковой режим, выходная мощность и к.п.д., зоны колебаний и электронная перестройка частоты.

Раздел 4. Гидродинамическое описание потока заряженных частиц.

Гидродинамическое описание электронного потока. Волны пространственного заряда и группирование в пространстве дрейфа.

Раздел 5. Нелинейные волны пространственного заряда.

Неизлучательная неустойчивость Пирса. Диод Пирса: от регулярных автоколебаний к хаосу.

Раздел 6. Взаимодействие высокочастотных полей с электронами в скрещенных электрическом и магнитном полях.

Кинематическая дрейфовая теория группирования электронов в скрещенных статических электрическом и магнитном полях и в поле бегущей волны. Пространственный резонанс. Силовая группировка. Расчет мощности взаимодействия и к.п.д. применительно к плоскому магнетрону. Качественное описание и характеристики современных магнетронов. Что вносит цилиндричность в физику магнетрона. Усилитель на скрещенных полях (амплитрон). Стабилотрон. Пространственный заряд в скрещенных полях.

Раздел 7: Взаимодействие электронного потока с бегущей прямой и обратной электромагнитными волнами (пространственный резонанс в нелинейных активных средах).

Взаимодействие электронного потока с бегущей электромагнитной волной. Лампа бегущей волны (ЛБВ). Применение метода последовательных приближений к анализу взаимодействия электронного потока с электромагнитными волнами. Качественное описание процесса группирования электронов в бегущей волне. Квадратичная группировка.

Нелинейная теория ЛБВО. Вывод нелинейных уравнений ЛБВО. Линеаризация нелинейных уравнений ЛБВ. Дисперсионное уравнение ЛБВ. Законы сохранения энергии. Механизм фазировки и ограничения мощности в ЛБВО. Особенности и результаты решения задачи на ЭВМ. Спиральная ЛБВ.

Раздел 8: Взаимодействие электронного потока с обратной электромагнитной волной.

Теория пускового режима ЛОВ в приближении заданного поля. Натурный эксперимент и нестационарная теория ЛОВ: от монохроматических автоколебаний через автомодуляцию к динамическому хаосу.

Раздел 9: Криволинейные электронные потоки, взаимодействующий с незамедленными электромагнитными волнами.

Гиротрон: особенности конструкции и качественное представление о фазовой группировки в винтовом электронном пучке. Резонаторы гиротронов. Собственные и вынужденные колебания резонаторов гиротронов. Мазеры на циклотронном авторезонансе. Гироприборы с распределенным взаимодействием (гиро-ЛВВ, гиро-ЛБВ, пениотрон).

Раздел 10: Релятивистские электронные потоки и современная электроника больших мощностей.

Лазеры на свободных электронах: параметрический способ управления электронным потоком. Релятивистская плазменная электроника. Пасотрон. Понятие предельного вакуумного тока. Генераторы на виртуальном катоде (виркаторы).

Практикум по физической электронике проводится в учебной лаборатории № 19 кафедры электроники, колебаний и волн Саратовского государственного университета.

В ходе практикума изучаются основы физических явлений, связанных с движением электронов в вакууме и газе. В ходе выполнения лабораторных работ студенты изучают законы поведения электронов в электрическом и магнитном полях, физические основы фото- и термоэлектронной эмиссии, особенности поведения электронного потока с учетом действия пространственного заряда, закономерности протекания электрического разряда в газах.

Методические пособия:

Практикум по электронным и ионным приборам проводится в учебной лаборатории № 19 кафедры электроники, колебаний и волн Саратовского государственного университета.

В ходе практикума изучаются основы физики электронных приборов, особенности их характеристик и параметров, а также некоторые примеры использования их в схемах, иллюстрирующие специфику схемных решений в зависимости от поставленных задач. Таким образом, студенты, кроме фундаментальных знаний, приобретают практические навыки по использованию вакуумных и газовых электронных приборов, их эквивалентного представления, выбора и определения рабочих точек и т.п.

Методические пособия:

В данном практикуме изучаются основы схемотехники с использованием специализированных учебных установок, содержащих платы с вмонтированными элементами, которые соединяются в процессе работы в различные комбинации с помощью проводов.

В практикуме также изучаются принципы работы с электронной системой моделирования Multisim, которая предназначена для схемотехнического моделирования аналоговых и цифровых радиоэлектронных и радиофизических схем и устройств различного назначения.

Методические пособия:

В учебной лаборатории кафедры ""Волны, структуры,  самоорганизация" проходят практикумы по следующим дисциплинам:

• Теория волновых процессов
• Физика волновых процессов
• Нелинейные волны
• Физика сплошных сред

Методические пособия: