Электротехника и электроника (220,00 руб.)

Стр.1

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.6

Министерство образования и науки Российской Федерации Владивостокский государственный университет экономики и сервиса _____________________________________________________ _ Ю.А. ЛЕВАШОВ Е.В. АКСЕНЮК ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА Учебное пособие Владивосток Издательство ВГУЭС 2010

Стр.1

ББК 32.88 Л 34 Рецензенты: Н.В. Силин, канд. техн. наук, доцент, зав. каф. теоретических основ электротехники Дальневосточного технического университета; В.Н. Павликов, канд. техн. наук, профессор, зав. каф. радиоэлектроники и радиосвязи Морского государственного университета им. Г.И. Невельского Левашов, Ю.А., Аксенюк, Е.Б. Л 34 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА [Текст] : учебное пособие. – Владивосток : Изд-во ВГУЭС, 2010. – 192 с. Учебное пособие разработано в соответствии с программой курса, а также требованиями образовательного стандарта России к учебной дисциплине «Электротехника и электроника». Содержит теоретический материал, примеры расчета электрических цепей, контрольные вопросы и задачи для самостоятельной работы и проверки усвоения качества материала. Для студентов специальностей 230101.65 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» и 230201.65 «Информационные системы и технологии». ББК 32.88 © Издательство Владивостокский государственный университет экономики и сервиса, 2010 2

Стр.2

ПРЕДИСЛОВИЕ В настоящее время изданы и переизданы десятки учебников и учебных пособий по дисциплине «Электротехника и электроника». Отмечая глубину изложения материала, можно отметить, что в этих фундаментальных изданиях, как правило, основное внимание уделяется электротехнике, зачастую в ущерб электронике. Много места отводится громоздким методам анализа электрических цепей, хотя использование современных программ, например Electronics Workbench (EWB), позволяет существенно уменьшить затраты времени на эту задачу. В разделе «Электроника» излишне много внимания уделяется изучению каскадов на дискретных транзисторах, хотя большинство электронных устройств реализуются на интегральных микросхемах. Недостаточное внимание уделено вопросам согласования электронных устройств на высоких и сверхвысоких частотах. В предлагаемом учебном пособии сделана попытка обеспечить усвоение студентами материала дидактических единиц, установленных государственными образовательными стандартами специальностей 230101.65 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» и 230201.65 «Информационные системы и технологии» для дисциплины «Электротехника и электроника» в установленный объем часов. Особое внимание уделяется приобретению необходимых компетенций для успешного усвоения последующих дисциплин. Авторы благодарят рецензентов за ряд ценных замечаний, способствовавших улучшению содержательной части пособия. 3

Стр.3

Тема 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 1.1. Элементы электрических цепей. Электрические схемы Электрической цепью называется совокупность соединенных между собой проводящих тел, полупроводниковых и диэлектрических устройств, электромагнитные процессы в которой могут быть описаны с помощью понятий об электрическом токе и напряжении. Пример электрической цепи приведен на рис. 1.1. Рис. 1.1. Пример электрической цепи Будем считать, что вся цепь и ее элементы не имеют геометрических размеров. Поэтому отличие элементов друг от друга может задаваться только с помощью некоторых не физических, а математических понятий. Абстракция теории цепей состоит в представлении каждого элемента цепи как некоторого отношения между множеством токов и напряжений. Вспомним эти понятия из курса физики. Электрический ток как явление есть направленное движение электрических зарядов. Количественная характеристика такого явления – сила тока (или просто ток), т.е. скорость изменения заряда, проходящего через сечение проводника: i dq dt , где i – сила тока; q – заряд. Основной единицей измерения силы тока в Международной системе единиц СИ является ампер (А). В практике часто встречаются крат4

Стр.4

ные единицы измерения тока: микроампер (мкА), 1 мкА = 110-6 А; миллиампер (мА), 1 мА = 110-3 А; килоампер (кА), 1 кА = 1103 А и мегаампер (МА), 1 МА = 1106 А. Основной единицей измерения заряда (количества электричества) служит кулон (Кл) – количество электричества, проходящего через поперечное сечение проводника при токе 1 А за одну секунду (1 с). Потенциал – работа по перемещению заряда в 1 Кл из заданной точки в бесконечность. Поскольку бесконечность – понятие абстрактное, в электротехнике вводится понятие «земля». «Земля» – это область, попав в которую, заряд больше не может совершать работу, т.е. потенциал «земли» всегда равен нулю. Реальная «земля» (контур заземления) – это металлические листы, закопанные в землю на определенную глубину. Условное графическое обозначение «земли»: На практике для области с нулевым потенциалом вводят понятие «корпус» (автомобиля, прибора и т.п.). «Корпус» может быть изолирован от настоящей земли, а может быть соединен с ней. Условное графическое обозначение «корпуса»: . Основной единицей измерения напряжения в СИ является вольт (В). Если заряд в 1 Кл при перемещении между точками а и б совершает работу 1 Дж, то разность потенциалов (напряжение) между точками а и б равна 1 В. Кратные единицы измерения напряжения: микровольт (мкВ), 1 мкВ = 110-6 В; милливольт (мВ), 1 мВ = 110-3 В; киловольт (кВ), 1 кВ = 1103 В; мегавольт (МВ), 1 МВ = 1106 В. Далее будем рассматривать основные элементы цепи как математические модели, связывающие токи и напряжения. Кроме того, каждому элементу соответствует специальный графический символ. Изображение цепи в виде соединения таких графических символов, называемое схемой цепи, оказывается очень удобным при наличии в цепи большого числа элементов. Для учета процессов преобразования электромагнитной энергии в цепях вводятся идеализированные элементы, процессы в которых связаны лишь с одним видом энергии поля. Элементы цепи рассматриваются как математические модели, связывающие токи и напряжения. Элементы цепи можно разделить на активные и пассивные. Активные элементы – источники электрической энергии, в которых неэлектрические виды энергии преобразуются в электрическую. 5

Стр.5

Различают два основных активных элемента: источник напряжения (ЭДС) и источник тока. Источник тока Идеализированным источником тока называют элемент цепи, который создает заданный ток j(t) независимо от напряжения на его полюсах. Условное графическое обозначение идеализированного источника тока приведено на рис. 1.2. Единица измерения – ампер (А). Напряжение на элеменРис. 1.2 те определяется величиной сопротивления u = ir и принимает любое значение. Ток в элементе не зависит от величины сопротивления: i = j. Источник напряжения (ЭДС) Идеализированным источником напряжения называют элемент цепи, который создает на своих зажимах напряжение u(t) = e(t) независимо от того, какой ток протекает через источник. Условное графическое обозначение идеализированного источника напряжения приведено на рис. 1.3. ЕдиниРис. 1.3 ца измерения – вольт (В). Напряжение на элементе не зависит от величины сопротивления: e = u. Ток в элементе i = u/r принимает любое значение. Источник напряжения характеризует внесенную в цепь энергию извне, поэтому он называется также источником электродвижущей силы. Пассивные элементы – приемники электромагнитной энергии. Электрическая энергия в них преобразуется в неэлектрические виды энергии – активное сопротивление (проводимость), либо накапливается в виде энергии электрического поля (емкость) или энергии магнитного поля (индуктивность). Емкость и индуктивность являются реактивными приемниками энергии или реактивными элементами. Активное сопротивление Отношение, определяющее сопротивление: ur = irR или ir = ur /R. Величина R называется сопротивлением. Условное графическое обозначение активного сопротивления приведено на рис. 1.4. Единица измерения – ом (Ом). Кратные единиРис. 1.4 цы измерения активного сопротивления, наиболее часто встречающиеся в практике: килоом (кОм), 1 кОм = 1103 Ом; мегаом (МОм), 1 МОм = 1106 Ом. Ток в сопротивлении пропорционален напряжению. Эта идеализация соответствует закону Ома. Мощность, рассеиваемая на активном сопротивлении, определяется по формуле: p U i  2  u R . 2  6 r r Rir r

Стр.6