МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ
С. А. Миленина
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА,
ЭЛЕКТРОНИКА И СХЕМОТЕХНИКА
УЧЕБНИК И ПРАКТИКУМ ДЛЯ СПО
Под редакцией Н. К. Миленина
Рекомендовано Учебно-методическим отделом среднего профессионального образования в качестве учебника для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования
Книга доступна в электронной библиотечной системе biblio-online.ru
Москва Юрайт 2015
УДК 621.3(075.32) ББК 31.2я723
M60
Автор:
Миленина Светлана Александровна — кандидат технических наук, доцент кафедры информатики и электротехники факультета информационных технологий Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики (МГТУ МИРЭА).
Ответственный редактор:
Миленин Николай Кириллович — кандидат технических наук, доцент, почетный радист
России.
Рецензенты:
Николаев С. С. — доктор технических наук, профессор Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана;
Одиноков В. Ф. — доктор технических наук, профессор Рязанского государственного радиотехнического университета.
Миленина, С. А.
M60 Электротехника, электроника и схемотехника : учебник и практикум для СПО / С. А. Миленина ; под ред. Н. К. Миленина. — М. : Издательство Юрайт, 2015. — 399 с. — Серия : Профессиональное образование.
ISBN 978-5-9916-5244-5
Вучебнике рассмотрены основные методы расчета установившихся и переходных процессов в электрических цепях, а также их приложения к наиболее распространенным
винженерной практике электронным схемам, включая различного рода усилители, повторители, генераторы гармонических и релаксационных колебаний, триггеры, пассивные и активные фильтры, стабилизаторы и т.п.
Большое внимание уделено свойствам и характеристикам полупроводниковых элементов: диодов, биполярных и полевых транзисторов, тиристоров, операционных усилителей, приборов с зарядовой связью, простейших логических элементов и универсальных базисов, а также их схемной реализации. Отдельные главы посвящены схемотехнике цифровых устройств, не содержащих памяти, включая АЦП и ЦАП, и цифровых устройств с «памятью». Рассмотрены основные принципы построения программируемых логических устройств и микропроцессоров. Обозначены наиболее перспективные направления развития электронной базы, в том числе на основе СБИС с объемными МОП-транзисторами.
Вконце каждой главы учебника содержатся контрольные вопросы и задания. Их цель —
направить студента по наиболее рациональному пути при освоении материала учебника.
Для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования инженерно-технического профиля.
УДК 621.3(075.32) ББК 31.2я723
|
© Миленина С. А., 2014 |
ISBN 978-5-9916-5244-5 |
© ООО «Издательство Юрайт», 2015 |
Оглавление |
|
Предисловие................................................................................................ |
13 |
Раздел I |
|
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА |
|
Глава 1. Понятие электрической цепи и ее основные законы.......................... |
17 |
1.1. Электрическая цепь и ее элементы ............................................................................ |
17 |
1.2. Пассивные элементы электрической цепи .............................................................. |
18 |
1.2.1. Резистор как элемент электрической цепи. Основные соотношения. |
|
Установившийся синусоидальный режим в линейном резисторе ................. |
18 |
1.2.2. Индуктивность как элемент электрической цепи. Основные |
|
соотношения. Особенности стационарного и установившегося |
|
синусоидального режимов в индуктивности.......................................................... |
19 |
1.2.3. Емкость как элемент электрической цепи. Основные соотношения. |
|
Особенности стационарного и установившегося синусоидального |
|
режимов в емкости ........................................................................................................... |
20 |
1.3. Активные элементы электрической цепи ................................................................ |
22 |
1.3.1. Источник электродвижущей силы.................................................................. |
22 |
1.3.2. Источник тока......................................................................................................... |
23 |
1.4. Реальный источник и его внешняя характеристика ............................................ |
23 |
1.4.1. Простейшие схемы замещения реального источника .............................. |
25 |
1.4.2. Понятие внутреннего сопротивления реального источника. |
|
Внутренние сопротивления идеальных источников ЭДС и тока................... |
25 |
1.5. Напряжение на участке цепи. Обобщенный закон Ома..................................... |
26 |
1.6. Топологические элементы электрической цепи.................................................... |
27 |
1.7. Законы Кирхгофа ............................................................................................................. |
27 |
1.7.1. Первый закон Кирхгофа ..................................................................................... |
28 |
1.7.2. Второй закон Кирхгофа....................................................................................... |
28 |
1.7.3. Общий вид системы уравнений Кирхгофа. Классификация задач |
|
анализа электрических цепей....................................................................................... |
29 |
Контрольные вопросы и задания ......................................................................................... |
30 |
Глава 2. Методы расчета стационарных режимов в линейных электрических |
|
цепях .......................................................................................................... |
32 |
2.1. Особенности уравнений Кирхгофа для стационарного режима ..................... |
32 |
2.2. Метод контурных токов ................................................................................................. |
33 |
2.3. Метод узловых потенциалов ........................................................................................ |
34 |
2.3.1. Общая характеристика метода. Уравнения цепи относительно |
|
потенциалов узлов............................................................................................................ |
34 |
2.3.2. Понятие проводимости ветви ........................................................................... |
35 |
2.3.3. Правила записи системы уравнений относительно узловых |
|
потенциалов по виду схемы.......................................................................................... |
36 |
2.4. Понятие входного сопротивления пассивного двухполюсника |
|
и его простейшая схема замещения............................................................................ |
36 |
3
2.5. Простейшие схемы замещения активного двухполюсника |
|
в стационарном режиме.................................................................................................. |
37 |
2.5.1. Понятие входного сопротивления активного двухполюсника ............. |
37 |
2.5.2. Теорема об активном двухполюснике (эквивалентном генераторе). |
|
Виды простейшей схемы замещения активного двухполюсника ................... |
38 |
2.6. Метод эквивалентного генератора ............................................................................. |
38 |
2.7. Методика расчета режима в нелинейной резистивной нагрузке |
|
линейного активного двухполюсника....................................................................... |
40 |
2.8. Условие передачи наибольшей мощности от активного двухполюсника |
|
к пассивному в стационарном режиме...................................................................... |
41 |
Контрольные вопросы и задания ......................................................................................... |
43 |
Глава 3. Цепи переменного периодического тока ........................................... |
44 |
3.1. Основные понятия и характеристики цепей переменного периодического |
|
тока......................................................................................................................................... |
44 |
3.2. Действующее (эффективное) значение переменного тока................................ |
45 |
3.2.1. Связь между действующим и мгновенным значениями переменного |
|
тока......................................................................................................................................... |
45 |
3.2.2. Связь между действующим значением синусоидального тока и его |
|
амплитудным значением................................................................................................ |
46 |
3.2.3. Понятия действующих значений напряжения и ЭДС............................. |
46 |
3.2.4. Основные измерительные приборы и их учет в расчетных схемах .... |
46 |
3.3. Условия возникновения и существования синусоидального режима |
|
в линейной цепи................................................................................................................ |
47 |
3.4. Комплексная плоскость и некоторые ее свойства ................................................ |
48 |
3.5. Изображение синусоидальной функции времени на комплексной |
|
плоскости............................................................................................................................. |
48 |
3.5.1. Понятия комплексной амплитуды и комплекса действующего |
|
значения ............................................................................................................................... |
48 |
3.5.2. Операции дифференцирования и интегрирования синусоидальных |
|
функций времени на комплексной плоскости....................................................... |
49 |
3.5.3. Связь между комплексами тока и напряжения в элементах R, L, C. |
|
Понятие комплексного сопротивления.................................................................... |
50 |
3.6. Законы Кирхгофа для комплексов. Порядок расчета установившегося |
|
синусоидального режима символическим методом............................................. |
51 |
3.7. Векторная диаграмма ...................................................................................................... |
55 |
3.8. Расчет периодического несинусоидального режима в линейной цепи......... |
56 |
3.8.1. Идея метода и порядок расчета........................................................................ |
56 |
3.8.2. Действующее значение периодического тока, представленного |
|
гармоническим рядом ..................................................................................................... |
57 |
3.9. Трехфазные цепи .............................................................................................................. |
58 |
3.9.1. Понятия трехфазного источника и трехфазной цепи .............................. |
58 |
3.9.2. Варианты соединения фазных обмоток трехфазного генератора........ |
59 |
3.9.3. Виды соединения нагрузок трехфазного генератора и основные |
|
структурные варианты трехфазной цепи................................................................. |
61 |
3.9.4. Особенности расчета симметричного режима в трехфазной цепи...... |
64 |
Контрольные вопросы и задания........................................................................................ |
65 |
Глава 4. Энергетические характеристики цепи синусоидального |
|
и периодического несинусоидального токов .................................................. |
67 |
4.1. Мгновенная мощность.................................................................................................... |
67 |
4.2. Активная мощность ......................................................................................................... |
69 |
4.3. Понятия полной и реактивной мощностей............................................................. |
71 |
4
4.4. Единицы измерения мгновенной, активной, полной и реактивной |
|
мощностей ........................................................................................................................... |
72 |
4.5. Условие передачи наибольшей активной мощности от активного |
|
двухполюсника к пассивному в синусоидальном режиме................................. |
72 |
4.6. Активная мощность, потребляемая линейным пассивным двухполюсником |
|
в периодическом несинусоидальном режиме......................................................... |
76 |
Контрольные вопросы и задания ......................................................................................... |
77 |
Глава 5. Пассивный двухполюсник в цепи синусоидального тока. Резонансы ... |
79 |
5.1. Простейшие схемы замещения пассивного двухполюсника |
|
в синусоидальном режиме............................................................................................. |
79 |
5.2. Резонансное состояние пассивного двухполюсника............................................ |
81 |
5.2.1. Резонанс напряжений .......................................................................................... |
81 |
5.2.2. Резонанс токов........................................................................................................ |
83 |
5.3. Резонанс напряжений в неразветвленном RLC-контуре ................................... |
84 |
5.3.1. Основные соотношения при резонансе ......................................................... |
84 |
5.3.2. Понятия характеристического сопротивления и добротности |
|
последовательного контура........................................................................................... |
86 |
5.3.3. Частотная характеристика I(ω) последовательного контура ................ |
86 |
5.3.4. Полоса пропускания............................................................................................. |
87 |
5.4. Резонанс токов в параллельном колебательном контуре................................... |
88 |
5.4.1. Основные соотношения при резонансе ......................................................... |
88 |
5.4.2. Идеальный параллельный контур (без потерь) ......................................... |
90 |
5.4.3. Избирательные свойства параллельного колебательного контура ..... |
92 |
5.5. Сравнение избирательных свойств последовательного и параллельного |
|
колебательных контуров................................................................................................ |
93 |
Контрольные вопросы и задания ......................................................................................... |
94 |
Глава 6. Цепи с взаимной индукцией в установившемся синусоидальном |
|
режиме........................................................................................................ |
95 |
6.1. Параметры, характеризующие индуктивно связанные катушки .................... |
95 |
6.1.1. Понятие коэффициента взаимной индукции.............................................. |
95 |
6.1.2. Коэффициент связи.............................................................................................. |
97 |
6.1.3. Понятие одноименных зажимов ...................................................................... |
98 |
6.2. Напряжение взаимной индукции ............................................................................... |
98 |
6.3. Учет напряжения взаимной индукции в уравнениях по второму закону |
|
Кирхгофа.............................................................................................................................. |
99 |
6.4. Последовательное соединение индуктивно связанных катушек |
|
в синусоидальном режиме........................................................................................... |
102 |
6.5. Линейный трансформатор в синусоидальном режиме..................................... |
104 |
6.5.1. Основные уравнения линейного трансформатора |
|
при синусоидальном режиме и векторная диаграмма ...................................... |
105 |
6.5.2. Вносимое сопротивление ................................................................................. |
106 |
Контрольные вопросы и задания ....................................................................................... |
108 |
Глава 7. Основы теории линейных пассивных четырехполюсников |
|
в синусоидальном режиме .......................................................................... |
111 |
7.1. Основные уравнения линейного пассивного четырехполюсника................ |
112 |
7.2. Расчет коэффициентов основных уравнений линейного пассивного |
|
четырехполюсника......................................................................................................... |
114 |
7.3. Простейшие схемы замещения линейного пассивного |
|
четырехполюсника......................................................................................................... |
116 |
7.4. Понятие комплексного коэффициента передачи линейной системы......... |
117 |
5