Материал: электроника_и_схемотехника

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

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