рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Основные элементы электротехники и электроники

Основные элементы электротехники и электроники - раздел Электротехника, Министерство Образования И Науки Российской Федерации   ...

Министерство образования и науки Российской Федерации

 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 


621.3

 

Лаппи Ф.Э.

 

Минимальный курс Электротехники и Электроники

Часть 1.

 

Основные элементы электротехники и электроники

 

Утверждено редакционно-издательским

советом университета в качестве учебного пособия

 

 

НОВОСИБИРСК

 

Рецензенты:

д-р технических наук, проф. В.Ю. Нейман,

канд. техн. наук Ю.В. Морозов

Работа подготовлена

на кафедре ТОЭ для студентов факультета механотроники и автоматизации

Ф.Э.Лаппи

Л . Минимальный курс Электротехники и Электроники.

Ч.1 Основные элементы электротехники и электроники /учебное пособие / Ф.Э.Лаппи.-Новосибирск: Изд-во НГТУ,2013.

Рассмотрены основные элементы электрических цепей: резисторы диоды, стабилитроны, биполярные и полевые транзисторы, емкость, индуктивность, а также простые электрические и электронные схемы на их основе. Рассматриваются простые методы анализа схем с применением схемотехнического моделирования.

Предназначено для самостоятельной работы студентов факультета механотроники и автоматизации при начальном изучении курса Электротехники и Электроники.

 

 

Лаппи Ф.Э.,

Новосибирский государственный

технический университет,2013

 

 

Предисловие

Назначение настоящего пособия – помочь студентам, начинающим изучение курса Электротехники и Электроники (ЭиЭ), освоить базовые понятия, законы, элементы и методы анализа. Электротехника изучает процессы преобразования энергии, электроника способы управления этими процессами.

Автором рассматриваются наиболее важные элементы электрических цепей. При этом описанию элементов и их поведению в электрических цепях уделяется достаточно много внимания. Автор считает, что необходимым условием для получения прочных навыков в курсе(Э и Э), является хорошее знание характеристик и умение применять их на практике.

Кроме того много внимания уделено основным законам электротехники и их использованию при качественном и количественном анализе простых электрических и электронных цепей.

Из огромного количества методов, используемых для анализа цепей в (ЭиЭ), автор старался использовать наиболее доступные для понимания.

В работе рассмотрены в том или ином объеме все наиболее важные разделы (ЭиЭ), касающиеся аналоговых цепей, ведущих непрерывную обработку сигнала.

В рамках данного пособия, к сожалению, не освещены вопросы схемотехнического моделирования, владение которыми в настоящее время является совершенно необходимым элементом в образовании современного студента.

Тем не менее автор надеется, что работа поможет сделать первые шаги в курс Электротехники и Электроники.

 

Введение

В современном мире одной из большого количества задач, которые необходимо решать в целях обеспечения достойного существования каждого человека, - это задача получения все большего количества электроэнергии и рационального ее расходования. Для этого, прежде всего, электроэнергию надо получить и, что немаловажно, доставить потребителю.

Проследим путь движения энергии на самом простом примере (рис.В.1).

 

 


Рис. В1. Пример движения энергии

На электростанции электрический генератор преобразует механическую энергию, получаемую самыми разнообразными способами, в энергию электромагнитного поля. Затем повышающий трансформатор меняет параметры электромагнитного поля для уменьшения потерь энергии, при движении последней вдоль линии передачи. Линия передачи показывает, куда необходимо доставить энергию. В конце линии для повышения безопасности человека ставят понижающий трансформатор, к вторичной обмотке которого подключаются потребители энергии. Самый простой потребитель энергии – это, например, электрическая лампочка. Движение энергии, таким образом, идет слева направо. Мы будем двигаться в обратном направлении. Сначала будем рассматривать процессы, происходящие в потребителе, а потом в остальных элементах всей системы.

Прежде всего, необходимо сказать об основных понятиях и величинах, используемых при анализе любого электромагнитного процесса (Таб.В1).

 

Таблица В1.

Величина
Обоз-начение Понятие Единица измерения Главная формула
q Электрический заряд Кулон (Кл)  
i Электрический ток Ампер (А)  
  Электрический потенциал Вольт (В)  
u Напряжение (разность потенциалов 2-х точек) Вольт (В)  
p Мгновенная мощность Ватт (Вт)  

Дадим ряд комментариев к таб. В1.

1. Приведенные величины позволяют практически полностью описать процессы в любой электрической цепи. Следовательно, их следует хорошо запомнить.

2. Понятие заряда- это фундаментальное понятие физики и его следует принять как данность.

3. В настоящем курсе, нас значительно больше будет интересовать понятие электрического тока: упорядоченного движения электрических зарядов в той или иной среде (в металлическом проводе, в диэлектрике, в полупроводнике, газе и.т.д). Главная формула (2) показывает, что ток это скорость изменения заряда, прошедшего через какую-то незамкнутую поверхность. Если по какой-то причине нет движения зарядов, то нет и тока. Знание величины тока на любом участке электрической цепи в любой момент времени это и есть одна из главных задач анализа электромагнитных процессов, которой мы с Вами будем заниматься.

4. Как уже было сказано, ток это движение зарядов, но, чтобы заряды начали двигаться, для этого надо создать необходимые условия. Таких обязательных (но недостаточных) условий два:

необходим источник энергии

необходимо обеспечить замкнутый путь для движения зарядов.

Источник энергии (генератор) имеет много разных характеристик, но нас в первую очередь будет интересовать напряжение на его зажимах. В простейшем случае генератор- это пальчиковый элемент (например в вашем плеере) или аккумулятор (в сотовом телефоне). В жизни эти элементы можно купить, подержать в руках, полюбоваться ими. Но, чтобы понять, как они работают в электрической цепи, необходимо создать какую-то модель на бумаге, анализируя которую с помощью математики и физики, получить ответ на вопрос о влиянии генератора на движение зарядов. Самая простая модель генератора показана на рис.В2:

Рис.В.2 Модель генератора ( режим холостого хода)

Дадим пояснение к рис.В.2.

Генератор имеет два вывода (1 и 2). -электродвижущая сила генератора (эдс.), является основной характеристикой и измеряется в вольтах. Главное свойство эдс - поддерживать постоянной разность потенциалов между выводами 1 и 2. Следует хорошо понять, что физический смысл имеет только разность потенциалов между какими-то двумя точками. Направление стрелки у эдс показывает, что потенциал точки 1 больше потенциала точки 2. Обычно потенциал одной из точек принимают равным нулю. Если , то . Если , то . В данном случае, генератор работает в режиме холостого хода, так как между выводами 1 и 2 включен вольтметр, движение зарядов через который теоретически невозможно, а поэтому ток генератора не имеет замкнутого пути. Следовательно, . Сам вольтметр, в данном случае, показывает разность потенциалов точек 1 и 2, т.е. величину эдс ЕГ. Произведение , получило название мощности генератора. Причем, если при указанном направлении тока , то и . Это означает, что генератор вырабатывает энергию. Для этого, совершенно необходимо наличие потребителя энергии. Возьмем в качестве потребителя электрическую лампочку и включим ее в цепь (рис.В3).

Рис.В3 Генератор в режиме нагрузки

 

Обсудим эту очень важную схему. Прежде всего, нить лампочки выполнена из проводящего материала (вольфрама), который позволяет двигаться зарядам. Таким образом, под действием энергии генератора, заряды начнут движение и, пройдя нить, лампочки вернутся в генератор. Но, если генератор действует непрерывно, то и движение зарядов будет непрерывным. При этом, все заряды которые пройдут через генератор, пройдут и через лампочку. Следовательно, . Теперь рассмотрим распределение другой важной величины в схеме, а именно потенциала. Если точки 1 и 2- это выводы генератора, то точки 3 и 4, это зажимы лампочки. Так как точка 1 соединена проводомнепосредственно с точкой 3, то считается, что , соответственно и . Но, , а , следовательно . Если умножить правую часть на ток генератора, а левую часть на ток лампочки, то получим: . Это выражение отражает важнейшее свойство, присущее электрическим цепям: баланс мощностей. Генератор вырабатывает столько энергии, сколько может потребить нагрузка. Самое главное об этой схеме сказано. Допустим у вас есть двелампочки и вы хотите обе включить в схему. Это возможно сделать двумя способами: (рис.В4):

а)Последовательное соединение б)Параллельное соединение
Рис.В4 Два способа соединения двух лампочек

Рассмотрим процессы в каждой из схем.

Последовательное соединение характеризуется тем, что по обеим лампочкам протекает один и тот же ток (жирной линией отмечен путь тока). Очевидно, что ток генератора равен току лампочек. Мощность генератора равна: . С другой стороны, мощность, потребляемая первой лампочкой равна: , а второй: . В соответствии с балансом мощностей, получим: . Из этого равенства следует, что . Последнее выражение ничто иное, как запись 2-ого закона Кирхгофа для данной схемы. Мы еще неоднократно будем использовать этот закон. В данном случае прежде всего введем новое понятие: контур- замкнутый путь вдоль элементов электрической цепи, при этом начальная и конечная точка совпадают, остальные точки встречаются один раз. В данной схеме один контур. Рассмотрим распределение потенциалов в контуре. Начнем с точки 2. Примем потенциал этой точки равным нулю: . Следующая точка 1. Между этими точками включена эдс . В соответствии с основным свойством, присущим эдс: . Далее, , , , , , Путь замкнут. Итак, самое главное при последовательном соединении:

По всем элементам протекает один и тот же ток.

Итак, самое главное при параллельном соединении:

Ко всем элементам приложено одно и тоже напряжение.

Таблица В2. № вопроса Вопрос 1. Что такое ток, как обозначается, единица измерения? 2. Что такое… На выделенные жирным шрифтом вопросы, ответы приведены ниже. Номер …  

Использование понятия резистор для анализа простых электрических цепей.

Вернемся к электрической лампочке. Для описания электрических процессов в ней достаточно использования понятий ток и напряжение. Это также…   Рис.1.5…  

Анализ простых резистивных цепей с использованием законов Кирхгофа.

1-ый закон Кирхгофа: Алгебраическая сумма токов в любом узле электрической цепи равна нулю: … Для схемы по рис.6а уравнение по 1-му закону Кирхгофа составлять не надо (нет узлов). Для схемы по рис.6б можно…

Анализ простых резистивных цепей с использованием понятия входного сопротивления.

Выделим в схеме четыре пары точек (а-б,1-2,3-4,5-6) и найдем входное сопротивление схемы относительно каждой пары. Для этого включаем между точками…

Входное сопротивление относительно точек: а-б.

Э.Д.С. уже включена. В схеме одно сопротивление и очевидно, .

Входное сопротивление относительно точек: 1-2.

В полученной схеме сопротивление между точкам а и б, равно нулю. Следовательно, их потенциалы равны. Но, потенциал точки 3 равен потенциалу точки а,…

Входное сопротивление относительно точек: 3-4.

Включаем между точками 3-4 эдс . А эдс ЕГ, так как ее внутреннее сопротивление равно нулю закорачиваем, получаем схему на рис.1.15.

Рис.1.11 Схема для расчета входного сопротивления

По тем же соображениям, что были рассмотрены выше

Входное сопротивление относительно точек: 5-6.

По тем же соображениям, что были рассмотрены выше Очевидно для схемы по рис.1.6а, входное сопротивление относительно зажимов эдс… Для схемы по рис.1.6б, входное сопротивление относительно зажимов эдс равно: (параллельно соединенные резисторы). …

Нелинейные резистивные элементы .

Ярким и широко используемым в электротехнике и электронике нелинейным резистивным элементом является полупроводниковый диод, изображение которого… Вид вольтамперной характеристики обусловлен свойствами р-n перехода (Л.1).… Рассмотрим расчет одной очень важной схемы, показанной на рис.1.22. …

Нелинейные трехполюсные резистивные элементы .

1.6.1 Биполярный транзистор (основные понятия) Одним из базовых элементов в электронике является биполярный транзистор,… При такой структуре, в транзисторе возникают два р-n перехода, у которых внутренние, собственные поля переходов…

Полевые транзисторы

1.7.1 Полевой транзистор с р-n переходом   Полевой транзистор имеет два существенных отличия от биполярного, которые и определяют его основные свойства.…

– Конец работы –

Используемые теги: основные, Элементы, электротехники, электр0.07

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Основные элементы электротехники и электроники

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ЭЛЕМЕНТЫ ЯЗЫКА. ЭЛЕМЕНТЫ ДАННЫХ. ВЫРАЖЕНИЯ. ОСНОВНЫЕ ИНСТРУКЦИИ. ПРОЦЕДУРЫ. ПРЕПРОЦЕССОР. СТИЛЬ ПРОГРАММИРОВАHИЯ
ВВЕДЕНИЕ... ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И...

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ по дисциплине Элементы электроники Этапы развития электроники
Министерство образования и науки Российской Федерации... Государственное учреждение высшего профессионального образования... Белорусско Российский университет...

Методическое пособие для практических (семинарских) занятий по дисциплине «Электротехника и электроника. Электротехника»
для практических семинарских занятий... по дисциплине Электротехника и электроника Электротехника... для направления подготовки Информатика и вычислительная техника...

Предмет Электротехника и промышленная электроника и его задачи. Обзор развития промышленной электроники
Введение... Предмет Электротехника и промышленная электроника и его задачи... Обзор развития промышленной электроники...

Электрическое поле. Основные элементы электрической цепи пост. тока. Основные свойства магнитного поля. Электромагнитная индукция
Лекция Тема Электрическое поле стр... Лекция Тема Основные элементы электрической цепи пост тока стр... Лекция Тема Основные свойства магнитного поля стр...

Основные макроэкономические понятия. Список основных макроэкономических элементов. Классическая теория
В литературе можно найти много определений экономической теории Вот одно из них Экономическая теория исследует проблемы эффективного... Объект исследования экономической теории называется экономикой... Понятно что составление модели является очень важной частью исследования Вопрос о том что существенно и...

Каждый уровень основных пар ДНК находится в прямом контакте с основными парами сверху и снизу
ЦЕЛИТЕЛЬСТВО ТОНКИХ КАНАЛОВ... Каждый уровень основных пар ДНК находится в прямом контакте с основными парами... Электроны могут двигаться по основным парам пока эти пары связаны между собой как сложенные вместе медные...

Финансовый механизм и его основные элементы
Развитие рыночных отношений в стране обусловило повышение роли финансов в целом и отраслевых финансов в частности. Финансы предприятий стали основным показателем, характеризующие конечные… Основной ошибкой, которую допустили экономисты того периода, было применение так называемой «шоковой терапии» т.е.…

Основные характеристики и классификация CASE-систем. Классификация CASE-систем. Основные подсистемы CASE-систем.
На сайте allrefs.net читайте: Основные характеристики и классификация CASE-систем. Классификация CASE-систем. Основные подсистемы CASE-систем....

Морозов А.Г. Электротехника, электроника и импульсная техника: Учеб. Пособие для инженерно-эконом. спец. вузов
Морозов А Г Электротехника электроника и импульсная техника Учеб Пособие для инженерно эконом спец вузов М Высш Шк с... Электротехника и электроника Учебник для сред проф образования Б И... Яновский В П Учебное пособие по дисциплине Электроника для студентов специальности Информационные системы и...

0.05
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам