Программа Электроника и электротехника ВМКСиСx

УДК 004(073)
ББК
Барановский В.К. Рабочая программа дисциплины «Электротехника и электроника» по
специальности 230101.65 Вычислительные машины, комплексы, системы и сети – СПб.:
СУРАО, 2013. - _____ с.
Рабочая программа составлена в соответствии с содержанием и требованиями
Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования
(Регистрационный номер N 224 тех / дс от 27 марта 2000г.).).
Рабочая программа утверждена в рамках ООП по специальности 230101.65
«Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» на заседании ученого ученого
совета института Протокол № _09-12_ от «_26_»_июня_2013 г.
Председатель ученого совета АНО ВПО «Смольный институт Российской академии
образования»
Б.Я. Советов
Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании учебно-методического совета
института. Протокол № _6_ от «_13_»_июня_2013 г.
Председатель УМС
А.П. Шарухин
Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании совета факультета Информационных
технологий. Протокол № _9-12 от «_23_»___мая___2013 г.
Председатель ученого совета факультета
О.А.Кононов
Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры информационных систем.
Протокол № 9 от «_23_»___мая___2013 г.
Заведующий кафедрой
О.А.Кононов
2
Выдержка из ГОС ВПО РФ
ОПД.Ф.02
Электротехника и электроника
общее число часов: 250
Электрические и магнитные цепи. Основные определения, топологические
параметры и методы расчета электрических цепей. Анализ и расчет линейных
цепей переменного тока. Анализ и расчет электрических цепей с нелинейными
элементами. Анализ и расчет магнитных цепей. Электромагнитные устройства и
электрические
машины.
Электромагнитные
устройства.
Трансформаторы.
Машины постоянного тока (МПТ). Асинхронные машины. Синхронные машины.
Основы электроники и электрические измерения. Элементная база современных
электронных устройств. Источники вторичного электропитания. Усилители
электрических сигналов. Импульсные и автогенераторные устройства. Основы
цифровой электроники. Микропроцессорные средства. Электрические измерения
и приборы.
3
1. Цели и задачи дисциплины
Цель дисциплины - обеспечить студентов базовыми знаниями современной
теоретической
электротехники
и
электроники,
сформировать
фундаментальную основу для успешного изучения ими профилирующих
дисциплин технических специальностей вуза.
Задачей изучения дисциплины является формирование у студентов знаний:
– физической сущности процессов, лежащих в основе работы
электротехнических и электронных устройств;
– основной элементной базы устройств;
– принципов действия, конструкций, свойств, характеристик, областей
применения и возможностей основных устройств;
– терминологии и символики;
– методов расчета электрических и магнитных цепей;
– умений выполнять экспериментальные исследования работы устройств и
определять их параметры и характеристики.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате обучения студенты должны:
иметь представление:
о значении курса, о связи курса с высшей математикой, физикой и
дисциплинами специальности, об основных алгоритмах численного анализа
цепей, о непрерывном развитии и совершенствовании дисциплины в настоящее
время.
знать:
фундаментальные
законы,
понятия
и
положения
теоретической
электротехники, важнейшие свойства и характеристики цепей, основные
теоремы и методы расчета цепей, а также закономерности изучаемых
физических процессов.
уметь:
рассчитать цепь различными методами, указать оптимальный метод расчета,
определять основные характеристики цепи и дать качественную физическую
4
трактовку полученным результатам.
иметь навыки:
в расчете цепей различными методами, в определении основных характеристик
цепи и в оценке качественной физической трактовки полученных результатов.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы
(очная форма обучения)
ВИД УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
ВСЕГ
О
Общая трудоёмкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Самостоятельная работа
Вид итогового контроля (зачёт, экзамен)
250
96
64
32
154
ЧАСОВ
ПО
СЕМЕСТРАМ
III
IV
122
128
48
48
32
32
16
16
74
80
зачет
экзамен
(заочная форма обучения)
ВИД УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
ВСЕГ
О
Общая трудоёмкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Практические
и
лабораторные
занятия
Самостоятельная работа
Вид итогового контроля (зачёт, экзамен)
5
250
26
16
10
224
ЧАСОВ
ПО
СЕМЕСТРАМ
III
IV
V
124
126
12
14
8
8
4
6
112
Зачет
112
Экзамен
4. Содержание дисциплины
4.1.Разделы дисциплины и виды занятий
(очная форма обучения)
Количество часов
Аудиторные занятия
№
ДЕ
1
2
Наименование разделов и тем
Лекции
III-ий семестр
Основные определения и
методы расчета линейных и
нелинейных электрических
цепей постоянного тока
1.1.Основные определения и
топологические параметры
электрических цепей
1.2.Закон Ома и его
применение для расчета
электрических цепей
1.3.Законы Кирхгофа и их
применение для расчета
электрических цепей
1.4.Анализ цепей
постоянного тока с одним
источником энергии
1.5.Мощность цепи
постоянного тока. Баланс
мощностей
1.6.Расчет нелинейных цепей
постоянного тока
Анализ и расчет линейных
цепей переменного тока
2.7.Способы представления и
параметры синусоидальных
величин
2.8.Электрические цепи с
резистивным, индуктивным и
емкостным элементами
2.9.Сопротивления и фазовые
соотношения между токами и
напряжениями
2.10.Активная, реактивная и
полная мощности.
Практичес Лаборатор
кие
ные занятия
занятия
Самостоя
тельная
работа
32
16
74
14
6
37
1
3
3
2
8
3
2
8
3
1
6
1
1
6
3
6
18
10
17
3
3
3
8
3
2
8
3
4
6
6
3
4
5
Коэффициент мощности
2.11.Частотные свойства
электрической цепи.
Резонанс
2.12.Трехфазные цепи.
Основные понятия.
Элементы трехфазных цепей
IV семестр
Анализ и расчет магнитных
цепей
3.13.Основные понятия
теории электромагнитного
поля и основные магнитные
величины
3.14.Свойства
ферромагнитных материалов.
Определения,
классификация, законы
магнитных цепей
3.15.Магнитные цепи с
постоянными магнитными
потоками
3.16.Магнитные цепи с
переменными магнитными
потоками
Электромагнитные
устройства, электрические
машины, основы
электропривода и
электроснабжения
4.17.Трансформаторы
4.18.Машины постоянного
тока
4.19.Асинхронные машины
4.20.Синхронные машины
Основы электроники и
электрические измерения
5.21.Элементная база
электронных устройств
5.22.Источники вторичного
электропитания
5.23.Усилители
электрических сигналов
5.24.Основы цифровой
3
4
3
6
6
32
16
80
8
6
20
2
5
2
2
5
2
2
5
2
2
5
14
6
32
4
4
8
2
1
8
6
2
1
8
8
10
4
28
2
6
2
1
6
2
1
6
2
2
8
7
электроники
5.25. Электрические
измерения и приборы
Итого
2
2
64
32
154
Практические занятия
№
ДЕ
1
2
3
4
5
Содержание работ
Закон Ома и его применение для расчета
электрических цепей
Законы Кирхгофа и их применение для расчета
электрических цепей
Анализ цепей постоянного тока с одним
источником энергии
Мощность цепи постоянного тока. Баланс
мощностей
Расчет нелинейных цепей постоянного тока
Сопротивления и фазовые соотношения между
токами и напряжениями
Активная, реактивная и полная мощности.
Коэффициент мощности
Частотные свойства электрической цепи.
Резонанс
Свойства ферромагнитных материалов.
Определения, классификация, законы магнитных
цепей
Магнитные цепи с постоянными магнитными
потоками
Магнитные цепи с переменными магнитными
потоками
Трансформаторы
Машины постоянного тока
Асинхронные машины
Источники вторичного электропитания
Усилители электрических сигналов
Основы цифровой электроники
Итого
8
Количест
во часов
2
2
1
1
2
2
4
4
2
2
2
4
1
1
1
1
2
32
4.2.Разделы дисциплины и виды занятий
(заочная форма обучения)
Количество часов
Аудиторные занятия
№
ДЕ
1
2
Наименование разделов и тем
Лекции
III-ий семестр
Основные определения и
методы расчета линейных и
нелинейных электрических
цепей постоянного тока
1.1.Основные определения и
топологические параметры
электрических цепей
1.2.Закон Ома и его
применение для расчета
электрических цепей
1.3.Законы Кирхгофа и их
применение для расчета
электрических цепей
1.4.Анализ цепей
постоянного тока с одним
источником энергии
1.5.Мощность цепи
постоянного тока. Баланс
мощностей
1.6.Расчет нелинейных цепей
постоянного тока
Анализ и расчет линейных
цепей переменного тока
2.7.Способы представления и
параметры синусоидальных
величин
2.8.Электрические цепи с
резистивным, индуктивным и
емкостным элементами
2.9.Сопротивления и фазовые
соотношения между токами и
напряжениями
2.10.Активная, реактивная и
полная мощности.
Практичес
Лаборатор
кие
ные занятия
занятия
Самостоя
тельная
работа
8
4
112
4
2
50
8
10
8
4
8
2
8
8
4
2
62
10
12
4
10
2
10
9
3
4
5
Коэффициент мощности
2.11.Частотные свойства
электрической цепи.
Резонанс
2.12.Трехфазные цепи.
Основные понятия.
Элементы трехфазных цепей
IV семестр
Анализ и расчет магнитных
цепей
3.13.Основные понятия
теории электромагнитного
поля и основные магнитные
величины
3.14.Свойства
ферромагнитных материалов.
Определения,
классификация, законы
магнитных цепей
3.15.Магнитные цепи с
постоянными магнитными
потоками
3.16.Магнитные цепи с
переменными магнитными
потоками
Электромагнитные
устройства, электрические
машины, основы
электропривода и
электроснабжения
4.17.Трансформаторы
4.18.Машины постоянного
тока
4.19.Асинхронные машины
4.20.Синхронные машины
Основы электроники и
электрические измерения
5.21.Элементная база
электронных устройств
5.22.Источники вторичного
электропитания
5.23.Усилители
электрических сигналов
5.24.Основы цифровой
10
10
8
6
112
2
2
48
12
12
2
2
12
12
2
2
14
4
2
2
3
4
3
4
2
50
10
4
2
10
10
10
10
электроники
5.25. Электрические
измерения и приборы
Итого
10
16
10
224
Практические занятия
№
ДЕ
1
2
3
4
5
Содержание работ
Анализ цепей постоянного тока с одним
источником энергии
Мощность цепи постоянного тока. Баланс
мощностей
Расчет нелинейных цепей постоянного тока
Сопротивления и фазовые соотношения между
токами и напряжениями
Активная, реактивная и полная мощности.
Коэффициент мощности
Частотные свойства электрической цепи.
Резонанс
Свойства ферромагнитных материалов.
Определения, классификация, законы магнитных
цепей
Магнитные цепи с постоянными магнитными
потоками
Магнитные цепи с переменными магнитными
потоками
Трансформаторы
Машины постоянного тока
Асинхронные машины
Синхронные машины
Элементная база электронных устройств
Источники вторичного электропитания
Усилители электрических сигналов
Основы цифровой электроники
Итого
Количество
часов
2
2
2
2
2
10
4.3 Содержание разделов дисциплины
1. Основные определения и методы расчета линейных и нелинейных
электрических цепей постоянного тока
Понятие электрической цепи. Ток, напряжение ЭДС – электрические
параметры цепей. Постоянные и переменные токи, напряжения и ЭДС.
11
Энергетические и информационные цепи. Источники и приёмники электрической
энергии. Получение, передача и распределение электрической энергии.
Источники и приемники сигналов. Генерация, передача и обработка сигналов.
Физические модели элементов и устройств электрической цепи. Линейные и
нелинейные идеализированные элементы цепи, их математические модели и
свойства. Классификация электрических цепей.
Схемы электрических цепей: принципиальная электрическая и схема
замещения. Топологические параметры электрических цепей: ветвь, узел, контур.
Основные законы цепей: Законы Кирхгофа, Ома и Фарадея. Математическая
модель цепи. Матричная запись уравнений цепей. Математические модели цепи в
установившихся и в переходных режимах.
Общие свойства линейных цепей: принцип наложения; теорема о
компенсации; свойство взаимности, зависимые (управляемые) источники;
линейные соотношения между токами и напряжениями; теорема об активном
двухполюснике (генераторе); баланс мощностей.
Электрические цепи постоянного тока и области их применения. Расчет
цепей постоянного тока с одним источником методом свертывания
(эквивалентных преобразований). Расчет цепей постоянного тока с несколькими
источниками: посредством законов Кирхгофа и Ома; методом контурных токов;
узловых напряжений; эквивалентного генератора.
Характеристики нелинейных элементов. Аналитические представления
характеристик. Методы анализа нелинейных резистивных цепей. Методы анализа
динамических цепей.
2. Анализ и расчет линейных цепей переменного тока
Однофазные цепи и области их применения. Однофазные источники и
приемники. Синусоидальные токи и напряжения и их свойства. Измерение
переменных токов и напряжений. Представление синусоидальных функций в виде
временной диаграммы, вектора и комплексного числа.
Свойства цепей с последовательным соединением R, L и C элементов.
Активное, реактивное и полное сопротивления ветви (цепи). Векторная
диаграмма напряжений и треугольник сопротивлений ветви. Фазовые
соотношения между током и напряжением в ветви и на участке цепи.
Комплексный метод расчета цепей переменного тока. Комплексное
сопротивление и комплексная проводимость ветви.
Мгновенная, активная, реактивная и полная мощность в цепях переменного
тока. Коэффициент мощности и его технико-экономическое значение.
Комплексная мощность и баланс мощностей в цепях переменного тока.
Причины возникновения переходных процессов. Правила коммутации.
Начальные условия. Анализ переходных процессов классическим методом в
цепях с одним накопителем энергии при их подключении к источнику
постоянного напряжения. Операторный (Лапласа) метод расчёта переходных
процессов в линейных электрических цепях. Передаточная функция цепи.
Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики цепи. Расчёт
12
переходных процессов в разветвленных линейных электрических цепях.
3. Анализ и расчет магнитных цепей
Анализ цепей с индуктивной (магнитной) связью. Взаимная индуктивность.
Коэффициент магнитной связи. Классификация магнитных цепей. Закон Ома и
законы Кирхгофа для магнитной цепи. Расчет простейших магнитных цепей
(прямая и обратная задача).
4. Электромагнитные устройства, электрические машины, основы
электропривода и электроснабжения
Назначение и классификация электромагнитных устройств и электрических
аппаратов.
Коммутационные
аппараты.
Электромагнитные
реле.
Коммутационные электрические аппараты с магнитоуправляемыми контактами.
Назначение, конструкция и принцип работы трансформатора. Холостой ход
трансформатора. Форма намагничивающего тока и потери в стали. Работа
трансформатора под нагрузкой. Уравнения МДС и токов в нагруженном
трансформаторе. Схема замещения и векторная диаграмма трансформатора.
Внешняя характеристика трансформатора. Автотрансформаторы. Измерительные
трансформаторы.
Принцип действия машин постоянного тока. Генераторы и двигатели
постоянного тока. ЭДС якоря и электромагнитный момент. Основные
характеристики генераторов и двигателей постоянного тока. Использование
машин постоянного тока на подъемных машинах и в экскаваторах.
Назначение, конструкция и принцип работы. Способы получения
вращающего поля в обмотках. Скольжение. Схема замещения и векторная
диаграмма. Вращающий момент. Механическая и рабочие характеристики. Пуск
двигателей. Способы регулирования частоты вращения. Применения
асинхронных двигателей в горных машинах и механизмах.
Назначение, устройство и принцип действия синхронного генератора.
Устройство и принцип работы синхронного двигателя
5. Основы электроники и электрические измерения
Свойства и особенности полупроводниковых диодов различных типов.
Принципы функционирования биполярных и полевых транзисторов. Режимы
работы транзисторов: усилительный и ключевой. Схемы замещения.
Назначение выпрямителей и инверторов и принципы их работы. Однофазные
выпрямители и инверторы. Бестрансформаторные источники питания
электронной аппаратуры. Интегральные стабилизаторы напряжения. Устройства
электронной защиты.
Аналоговая электроника. Сигналы и их представление. Характеристики и
13
виды усилителей. Транзисторный и операционный
усилитель. Понятия:
модуляция, детектирование, преобразование частоты. Примеры соответствующих
устройств.
Аналоговая и цифровая обработка сигналов. Алгоритмы обработки сигналов.
Достоинства цифровой обработки сигналов. Элементы и устройства цифровой
техники: универсальные логические элементы и их схемные реализации,
триггеры, счетчики импульсов, регистры, дешифраторы, запоминающие
устройства, генераторы тактовых импульсов, микросхемы ввода-вывода.
Измерения электрических и неэлектрических величин. Методы измерений:
прямые и косвенные, непосредственной оценки и сравнения. Меры и
преобразователи. Метрологические характеристики средств измерений.
Измерение электрических величин: токов, напряжений, сопротивлений, мощности
и энергии. Цифровые электронные измерительные приборы.
4.4.
Рекомендуемые информационные источники.
4.4.1. Рекомендуемая литература:
а) Основная
1. Касаткин, А. С. Электротехника / А. С. Касаткин, В. М. Немцов. – М.:
Издательский центр «Академия», 2008. – 544 с.
2. Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных
устройств. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХI», 2005. — 528 с.
3. Шарапов А.В. Микроэлектроника: Учебное пособие. — Томск: Томский
межвузовский центр дистанционного образования, 2007 — 158с.
б) Дополнительная
1. Миловзоров О. В. Электроника: учебник для вузов / О. В. Миловзоров,
И. Г. Панков. – М.: Высш. шк., 2004. – 288 с.
2. Грушвицкий Р. И., Мурсаев А. X., Угрюмое Е. П. Проектирование систем на
микросхемах программируемой логики. —СПб.: СПб.: БХВ-Петербург,
2006. — С. 736..
3. Рекус Г. Г. Сборник задач и упражнений по электротехнике и основам
электроники:
учебное
пособие
для
студентов
вузов
неэлектротехническим специальностям /Г. Г. Рекус. А. И. Белоусов, 2002
4.4.2 Периодическая литература (журналы)
1. «Современная электроника». URL:www.soel.ru ;
14
по
2. «Компоненты и технологии»;
3. «Технологии в электронной промышленности».
15
4.4.3 Адреса сайтов в сети Интернет, где находится информация по
содержанию дисциплины и необходимая литература.
http://att.nica.ru;
http://www.edu.ru/;
http://window.edu.ru/window/library;
http://www.intuit.ru/catalog/informatics/;
http://www.electrosnab.ru;
http://www.efo.ru.
16
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ (МАТЕРИАЛЫ) ПРЕПОДАВАТЕЛЯМ
Преподавание
дисциплины
«Электротехника
и
электроника»
предусматривает:
- лекции;
- проведение лабораторных работ;
- использование компьютерных программ;
- опрос;
- консультации преподавателей;
- самостоятельная работа студентов.
Необходимо предусмотреть развитие форм самостоятельной работы,
выводя студентов к завершению изучения учебной дисциплины на её высший
уровень.
Содержание
лекции
должно
отвечать
следующим
дидактическим
требованиям:
- изложение материала от простого к сложному, от известного к неизвестному;
- логичность, четкость и ясность в изложении материала;
Преподаватель, читающий лекционные курсы в вузе, должен знать
существующие в педагогической науке и используемые на практике варианты
лекций, их дидактические и воспитывающие возможности, а также их
методическое место в структуре процесса обучения.
Изучение дисциплины начинается с установочных лекций, в которых
раскрываются важнейшие фундаментальные закономерности курса, затем
выдаются
варианты
контрольных
работ.
Теоретическая
подготовка
к
контрольным работам и выполнение их является самостоятельной работой
студентов.
Семинары и практические занятия всегда идут за лекциями и проводятся в
сессию. При проведении их, так же как и при чтении лекций, рекомендуется
пользоваться не только аналитическим методом связей между явлениями, но и
графическим (диаграммами, графиками, схемами , рисунками).
Лабораторные занятия «венчают» проработку важнейших тем курса,
17
поэтому включают и теорию, и приобретение навыков экспериментального
исследования и освоения современных приборов,
результаты,
и умение обрабатывать
и делать соответствующие выводы и заключения. Лабораторная
работа оформляется письменным отчетом с включением математической
обработки результатов эксперимента.
Заканчивается лабораторная работа защитой в форме диалога студента с
преподавателем.
Такая
форма
повышает
обучающегося.
18
коммуникативные
навыки
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ И
ПРОВЕДЕНИЮ ЛЕКЦИИ
Лекции
составляют
основу
теоретического
обучения
и
дают
систематизированные основы научных знаний по дисциплине, раскрывают
состояние
и
перспективы
развития
соответствующей
области
науки,
концентрируют внимание обучающихся на наиболее сложных и узловых
вопросах,
стимулируют
их
активную
познавательную
деятельность
и
способствуют формированию творческого мышления.
Ведущим методом в лекции выступает устное изложение учебного
материала, сопровождающееся демонстрацией видеофильмов, схем, плакатов,
показом моделей, приборов, макетов, использование мультимедиа аппаратуры.
Лекции читаются заведующими кафедрой, профессорами, доцентами и
старшими преподавателями, как правило, для лекционных потоков. В порядке
исключения к чтению лекций допускаются наиболее опытные преподаватели и
ассистенты, имеющие учёную степень или педагогический стаж не менее пяти
лет.
Лекция является исходной формой всего учебного процесса, играет
направляющую и организующую роль в самостоятельном изучении предмета.
Важнейшая роль лекции заключается в личном воздействии лектора на
аудиторию.
Подготовка
преподавателем
лекции
структуры
непосредственно
рабочего
начинается
лекционного
курса
с
разработки
по
конкретной
дисциплине. Руководством здесь должна служить рабочая программа. Учебный
план и рабочая программа служат основой разработки рабочего лекционного
курса.
Количество лекций определяется с учетом общего количества часов,
отведенных для лекционной работы.
Основные требования к лекции
 Глубокое научное содержание;
 Творческий характер;
19
 Информационная насыщенность;
 Единство содержания и формы;
 Логически стройное и последовательное изложение;
 Яркость изложения;
 Учёт характера и состава аудитории.
Типы лекций
1.
Учебно-программная лекция освещает главные, узловые вопросы темы.
2.
Установочная лекция своей задачей ставит организационную работу
слушателей по изучению предмета.
3.
Обзорная лекция читается на заключительном этапе изучения или курса.
Основное внимание в лекции сосредотачивается на глубоком, всестороннем
раскрытии главных, узловых, наиболее трудных вопросов темы. Уже на
начальном этапе подготовки лекции преподаватель решает вопрос о соотношении
материалов учебника и лекции. Он выделяет из учебника ведущие проблемы для
более глубокого и всестороннего раскрытия их в лекции.
Важным этапом является определение организационной структуры лекции,
распределение времени на каждый вопрос, вводную часть и заключение.
В ходе подготовки лекции необходимо:
– Определить основное содержание и расположение материала;
– Продумать: где, как, в какой мере использовать методологические
положения ведущих учёных; как использовать документы и другие
материалы;
– Продумать: где и в какой степени расположить материал
воспитательного характера;
–
Продумать: какие предложить методические советы по
самостоятельной работе студентов;
– Продумать: как лучше использовать мультимедиа, наглядные
пособия, поясняющие какие-то основные, принципиальные
положения лекции.
20
Педагогическая деятельность преподавателя
В круг задач лектора входят:
1. Установление и поддержание контакта с аудиторией;
2. Создание у слушателей интереса к предмету лекции;
3. Достижение убедительности речи;
4. Эмоциональное воздействие на слушателей;
5. Применение наглядных пособий (мультимедиа, фантомов, приборов и
т.п.).
Начало лекции
Лектор должен сообщить чётко, ясно, не торопясь, название темы лекции,
дать возможность слушателям записать его.
Затем изложить вводную часть, в которой сказать:
– О роли и месте данной темы в курсе;
– Дать краткую характеристику литературы;
– Сообщить о распределении времени на тему;
– Если не первая лекция по теме, то провести связь с предшествующей
лекцией.
Далее сообщить план лекции, также дав возможность студентам записать
вопросы. Перед изложением каждого вопроса его надо называть. Завершается
рассмотрение вопроса небольшим выводом. Большую помощь в обобщении и
фиксировании материала оказывает сопровождение объяснен6ия демонстрацией
материала с помощью мультимедиа аппаратуры.
Начало лекции имеет большое значение для установления контакта с
аудиторией, для возбуждения у слушателей интереса к теме. В этих целях можно
использовать яркий пример или остро поставленный вопрос, подчеркнуть
теоретическое и практическое значение данной темы в тематическом плане курса
и в практической деятельности.
Поддержание внимания слушателей на протяжении всей лекции
достигается:
– Логикой изложения материала;
21
– Глубиной содержания материала;
– Чётким формулированием положений;
– Использованием в лекции новых интересных данных;
– Использование мультимедиа;
– Включение в лекцию материалов из практической деятельности.
Созданию непринужденной, творческой обстановки на лекции способствует
тактичное обращение преподавателя к опыту аудитории, когда он ставит
студентов в определённую ситуацию, дающую им возможность самим прийти к
необходимым выводам.
Лектору следует избегать слов-сорняков и в то же время канцеляризмов в
ходе чтения лекции.
Одним из сложных вопросов методики чтения лекции является обращение с
текстом. Привязанность к тексту вследствие плохой подготовки, недостаточного
владения материалом приводит к ослаблению связи с аудиторией. В то же время
не следует, не владея соответствующими навыками, пытаться проводить лекцию
без текста, по памяти. При этом допускаются ошибки, повторения, ослабление
логической нити рассуждения, пропуски отдельных важных положений темы и
т.п.
Важное
условие
успеха
–
интонация
и
выразительность
речи,
оптимальность её ритма и темпа, включение элементов юмора и т.п.
Определяя ритм и темп речи, преподаватель учитывает, что слушатели
записывают основные положения, поэтому изменением голоса, паузами,
ударениями он облегчает слушателям усвоение логики лекции, даёт возможность
записать основные тезисы.
Заключительная часть лекции
В ней обобщаются наиболее важные, существенные вопросы лекции;
делаются выводы, ставятся задачи для самостоятельной работы.
Существует твёрдый порядок, требующий, чтобы в конце лекции
преподаватель оставил несколько минут для ответов на вопросы.
22
23
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ И ПРОВЕДЕНИЮ
ПРАКТИЧЕСКИХ И СЕМИНАРСКИХ ЗАНЯТИЙ
Практические (семинарские) занятия являются одним из основных
этапов в процессе обучения, составляя вместе с лекционным курсом единый
комплекс подготовки специалиста.
Семинар - это групповые практические занятия, которые проводятся в ВУЗе
под руководством преподавателя.
По многим дисциплинам, изучаемым студентами, гуманитарного профиля
семинарские занятия могут проводиться по чисто теоретическим вопросам
(философия, теория и история государства и права и др.). Но для семинарских
занятий по большинству экономических и других дисциплин характерно
сочетание теории с решением задач, проведением деловых игр и т.д.
То же самое относится и к дисциплинам естественнонаучного цикла. Такие
семинарские занятия принято называть практическими.
Семинарские занятия проводятся в форме беседы со всеми студентами
группы одновременно или с отдельными студентами при участии остальных.
Лабораторные занятия - это также групповые занятия со студентами под
руководством преподавателя, но, в отличие от семинарских, на таких занятиях
студенты проводят преимущественно опыты, эксперименты и т. п. с применением
специального лабораторного оборудования.
Семинарские и лабораторные занятия проводятся в пределах учебных
планов. Как семинарские, так и лабораторные занятия требуют предварительной
теоретической подготовки по соответствующей теме: изучения учебной и
дополнительной
литературы,
в
необходимых
случаях
ознакомления
с
нормативным материалом (или описанием соответствующей аппаратуры).
Рекомендуется при этом вначале изучить вопросы темы по учебной
литературе. Если по теме прочитана лекция, то непременно надо использовать
материал лекции, так как учебники часто устаревают уже в момент выхода в свет.
Кроме того, у преподавателя может иметься и собственный взгляд на те или иные
проблемы.
24
Планирование практических (семинарских) и лабораторных занятий
осуществляется с учётом установленного количества часов.
Основные этапы планирования и подготовки занятий:
–
разработка системы занятий по теме или разделу;
–
определение задач и целей занятия;
–
определение оптимального объема учебного материала, расчленение на ряд
законченных в смысловом отношении блоков, частей;
–
разработка структуры занятия, определение его типа и методов обучения;
–
нахождение связей данного материала с другими дисциплинами и
использование этих связей при изучении нового материала;
–
подбор дидактических средств (фильмов, карточек, плакатов, схем,
вспомогательной литературы);
–
планирование записей и зарисовок на доске;
–
определение объема и форм самостоятельной работы на занятии;
–
определение форм и методов контроля знаний студентов;
–
определение формы подведения итогов;
–
определение самостоятельной работы по данной теме.
Можно рекомендовать следующие основные этапы проведения занятия:
–
организационный
студентов,
момент:
проверка
взаимное
отсутствующих,
приветствие
проверка
преподавателя
внешнего
и
состояния
аудиторий, проверка рабочих мест и внешнего вида студентов, организация
внимания;
–
постановка целей занятия: обучающей, развивающей, воспитывающей;
–
планируемые результаты обучения: что должны студенты знать и уметь;
–
проверка знаний: устный опрос, фронтальный опрос, программированный
опрос, письменный опрос, комментирование ответов, оценка знаний,
обобщение по опросу;
–
изучение нового материала по теме:

организация внимания;

проблемная ситуация;
25

объяснение, беседа;

связь с предыдущим материалом;

использование технических средств обучения;

межпредметные связи;

воспитательная значимость объяснения;

развитие умственных способностей студентов в процессе объяснения,
обобщения.
–
закрепление материала предназначено для того, чтобы студенты запомнили
материал и научились использовать полученные знания (активное
мышление).
Формы закрепления:
–

демонстрация студентам фильма;

решение задач;

групповая работа (коллективная мыслительная деятельность).
домашнее задание:

работа над текстом учебника;

выполнение упражнений и решение задач;

выполнение письменных и графических работ.
При проведении практических (семинарских) и лабораторных занятий
преподаватель
уделяет
внимание
формулировкам
выводов,
способности
студентов сравнивать, анализировать, находить несоответствия, оценивает
уровень знаний студентов.
При подведении итогов преподаватель знакомит студентов с результатами
выполнения
заданий,
оценивает
качество
студентом.
26
выполненной
работы
каждым
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ
КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ
Для проверки знаний рекомендуется применять метод тестирования,
который
отличается
объективностью,
экономит
время
преподавателя,
в
значительной мере освобождает его от рутинной работы и позволяет в большей
степени сосредоточиться на творческой части преподавания, дает возможность в
значительной мере индивидуализировать процесс обучения путем подбора
индивидуальных
заданий
для
практических
занятий,
индивидуальной
и
самостоятельной работы, позволяет прогнозировать темпы и результативность
обучения каждого студента.
Тестирование помогает преподавателю выявить структуру знаний студентов
и на этой основе переоценить методические подходы к обучению по дисциплине,
индивидуализировать процесс обучения. Весьма эффективно использование
тестов непосредственно в процессе обучения, при самостоятельной работе
студентов.
В представленном курсе используются следующие виды контроля:
 входной контроль знаний и умений при начале изучения дисциплины;
 текущий контроль, то есть регулярное отслеживание уровня усвоения
материала на лекциях и семинарских занятиях;
 промежуточный контроль по окончании изучения раздела курса;
 самоконтроль, осуществляемый в процессе изучения дисциплины при
подготовке к контрольным мероприятиям;
 итоговый контроль по дисциплине в виде зачета или экзамена.
Для повышения эффективности самоконтроля в учебно-методических
разработках (в электронном курсе лекций, в методических указаниях к
семинарским занятиям) после каждой темы представлены контрольные вопросы и
задания.
Подведение итогов и оценка результатов всех форм самостоятельной
работы осуществляется во время консультаций. Она может проходить в
письменной, устной или смешанной форме с представлением обучающимися
27
конспектов, тезисов и рефератов.
Проверку выполненных заданий и тестов осуществляет преподаватель,
читающий дисциплину.
Итоговой формой контроля является зачет или экзамен.
28
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА»
1. Линейные цепи постоянного тока. Основные понятия. Замена реального
источника энергии эквивалентными источниками
2. Закон Ома для участка цепи, содержащей ЭДС. Законы Кирхгофа.
Потенциальная диаграмма
3. Метод контурных токов. Область применения, правила составления
системы уравнений
4. Принцип наложения и метод наложения. Теорема взаимности. Теорема
компенсации
5. Замена параллельных ветвей эквивалентной ветвью. Метод двух узлов
6. Замена
активного
двухполюсника
эквивалентным
генератором.
Энергетические соотношения в цепях постоянного тока. Передача энергии
7. Теория линейных цепей переменного тока. Основные понятия. Среднее и
действующее значение синусоидальных величин
8. Векторное изображение синусоидальных величин
9. Активное и индуктивное сопротивления переменному току
10.Активное и емкостное сопротивления переменному току.
11.Символический метод расчета цепей синусоидального тока
12.Законы Кирхгофа в символической форме. Векторная диаграмма
13.Мощность в цепи синусоидального тока
14.Резонансные явления в линейных электрических цепях переменного тока
15.Цепи с взаимоиндукцией. Основные понятия. Воздушный трансформатор
16.Трехфазные цепи. Основные понятия. Схемы соединения фаз генератора и
нагрузки
17.Симметричный и несимметричный режимы работы трехфазной цепи.
Измерение мощности трехфазной нагрузки
18.Образование вращающегося магнитного поля. Принцип действия
асинхронного двигателя
19.Расчет линейных цепей при питании от источника периодической
несинусоидальной ЭДС. Коэффициенты, характеризующие форму
периодических несинусоидальных кривых
20.Переходные процессы в линейных электрических цепях. Природа
переходных процессов. Законы коммутации и начальные условия. Вывод
выражений для свободной и принужденной составляющих токов и
напряжений при последовательном соединении активного сопротивления и
индуктивности и при последовательном соединении активного
сопротивления и емкости
21.Характеристическое уравнение. Способы составления характеристического
уравнения. Зависимость характера переходных процессов от вида корней
характеристического уравнения
22.Операторный метод расчета переходных процессов. Законы Ома и
Кирхгофа в операторной форме. Операторная схема замещения. Формула
разложения. Пример расчета операторным методом простой R-L-C цепи
29
23.Переходная функция. Расчет переходного процесса при помощи интеграла
Дюамеля. Вывод расчетной формулы
24.Нелинейные цепи постоянного тока. Вольт-амперная характеристика
нелинейного сопротивления. Расчет цепи с последовательным соединением
нелинейных сопротивлений
25.Расчет цепей постоянного тока с последовательным и параллельным
соединением нелинейных сопротивлений
26.Законы Ома и Кирхгофа для магнитной цепи. Аналогия между
электрической и магнитной цепями
27.Расчет неразветвленной магнитной цепи. Примеры расчета при постоянном
и переменном сечении магнитопровода
28.Нелинейные электрические цепи переменного тока. Виды нелинейных
сопротивлений. Виды вольт-амперных характеристик. Нелинейное
сопротивление как генератор высших гармоник тока и напряжения
29.Последовательное соединение нелинейной катушки и конденсатора.
Феррорезонанс напряжений. Триггерный эффект
30.Параллельное соединение нелинейной катушки и конденсатора.
Феррорезонанс токов. Триггерный эффект
31.Образование носителей заряда в полупроводниках. Полупроводники n- и ртипов. Р-n-переход и его свойства
32.Полупроводниковые
диоды.
Устройство,
условное
графическое
изображение и ВАХ полупроводникового диода. Лавинный и туннельный
пробой
33.Выпрямительные и импульсные диоды. Особенности, основные параметры,
область применения
34.Стабилитроны и стабисторы. Устройство, условное графическое
изображение и ВАХ. Температурный коэффициент напряжения
стабилизации. Основные параметры, характеризующие стабилитроны и
стабисторы и область применения
35.Варикапы и туннельные диоды. Устройство, условное графическое
изображение и ВАХ. Область применения варикапов и туннельных диодов
36.Фотодиоды. Устройство, условное графическое изображение и ВАХ. Работа
фотодиода в режиме фотопреобразователя и в режиме фотогенератора.
Область применения фотодиодов
37.Светоизлучающие диоды и диоды Шоттки. Особенности конструкции,
условные графические изображения и область применения
38.Биполярные транзисторы. Принцип действия и устройство транзисторов nр-n- и p-n-p-типов. Основные параметры транзисторов. Условные
графические изображения. Входные и выходные характеристики
39.Полевые транзисторы с p-n-переходом. Принцип действия и устройство
транзисторов с каналами р- и n-типа. Основные параметры, условные
графические изображения, входные и выходные характеристики
40.Полевые транзисторы с изолированным затвором. Принцип действия и
устройство транзисторов с изолированным и индуцированным каналами.
30
Основные параметры, условные графические изображения, входные и
выходные характеристики
41.Биполярный транзистор с изолированным затвором. Принцип действия и
устройство. Условные графические изображения, особенности и область
применения
42.Тиристоры. Принцип действия, устройство, основные параметры, условные
графические изображения динистора и тринистора, вольт-амперные
характеристики характеристики
43.Усилительный каскад на биполярном транзисторе, включенном по схеме с
общим эмиттером. Схема, назначение основных элементов, характеристики
44.Дифференциальный усилительный каскад на биполярных транзисторах.
Схема, назначение основных элементов, особенности работы, область
применения
45.Эмиттерный повторитель. Схема, назначение основных элементов,
особенности работы, область применения
46.Операционный усилитель и схемы на его основе. Усилитель с обратной
связью, сумматор, интегратор, компаратор
47.Основные логические операции и их схемотехническая реализация
48.Асинхронный и синхронный R-S-триггеры. Схемотехническая реализация,
временные диаграммы. Назначение
49.D-триггер, Т-триггер и J-K-триггер. Схемотехническая реализация,
временные диаграммы. Назначение
50.Регистры. Принципы построения последовательного и параллельного
регистров. Схемотехническая реализация, временные диаграммы.
Назначение
51.Счетчики импульсов. Суммирующие и вычитающие счетчики. Счетчик
заданного числа сигналов
52.Шифраторы. Шифратор унитарного кода в двоичный код. Шифратор
двоичного кода в код семисегментного индикатора
53.Дешифраторы. Назначение, схемотехническая реализация
54.Мультиплексоры и демультиплексоры. Назначение, схемотехническая
реализация
55.Цифро-аналоговые преобразователи. ЦАП на суммирующем усилителе и
ЦАП с поразрядным взвешиванием. Назначение, схемотехническая
реализация
56.Аналого-цифровые
преобразователи.
АЦП
параллельного
и
последовательного действия. Схемотехническая реализация, достоинства и
недостатки
31
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
Целью
индивидуальных
(самостоятельных)
занятий
является
самостоятельное более глубокое изучение студентами отдельных вопросов курса
с использованием рекомендуемой дополнительной литературы и других
информационных источников.
В целом самостоятельная работа студентов направлена на более
глубокое изучение студентами отдельных вопросов курса с использованием
рекомендуемой
дополнительной
литературы
и
других
информационных
источников и включает:
– самостоятельное изучение студентами отдельных вопросов, связанных с
отдельными частями курса. Необходимые для занятий информационные
материалы предоставляются студентам в электронном виде;
– перечень разделов курса, представляемых студентам в форме раздаточного
материала с пометкой «самостоятельно»;
– дополнительная
проработка
лекционных
материалов
по
записям
прочитанных лекций и представленного раздаточного материала по
тематике курса;.
– подготовка к участию в работе семинаров (практических занятий) по
предусмотренным программой темам;
– подготовка и представление рефератов по отдельным вопросам по
требованию преподавателя. Перечень ориентировочных тем рефератов
приведен
в
Методических
рекомендациях
для
выполнения
самостоятельной работы студентами;
– формирование неясных вопросов для их рассмотрения во время
лекционных и практических занятий с помощью преподавателя.
Для более глубокого изучения курса преподаватель может предлагать
студентам в рамках СРС подготовку докладов и рефератов. Примеры некоторых
тем рефератов и докладов по рассматриваемой дисциплине приведены в
методических рекомендациях по выполнению самостоятельной работы студентов.
32
Форму оценки и контроля СРС преподаватель выбирает самостоятельно в
зависимости от индивидуальных качеств обучаемого и выбранной формы
организации самостоятельной работы.
Критериями оценки результатов внеаудиторной самостоятельной работы
являются:
– уровень освоения учебного материала;
– полнота представлений, знаний и умений по изучаемой теме, к которой
относится данная самостоятельная работа;
– обоснованность
и
четкость
изложения
ответа
на
поставленный
по
внеаудиторной самостоятельной работе вопрос;
– оформление отчетного материала в соответствии с известными или заданными
преподавателем требованиями, предъявляемыми к подобного рода материалам.
33
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ
СТУДЕНТОВ-ЗАОЧНИКОВ
При заочном обучении особенно целесообразен перенос акцента с
приоритета деятельности преподавателя на самостоятельную познавательную
деятельность студента, на создание у него положительно-эмоционального
отношения к учебной работе. Показателями сформированности такого отношения
выступают критичность мышления (личное мнение, оценка, новое решение),
умение вести дискуссию, обоснование своей позиции, способность ставить новые
вопросы, готовность к адекватной самооценке, в целом устойчивая потребность в
самообразовании.
Преподавателю необходимо акцентировать внимание на следующих
положениях:
Самостоятельная
1.
работа
студента
-
это
особым
образом
организованная деятельность, включающая в свою структуру такие компоненты,
как:
–
уяснение цели и поставленной учебной задачи;
–
четкое и системное планирование самостоятельной работы;
–
поиск необходимой учебной и научной информации;
–
освоение собственной информации и ее логическая переработка;
–
использование
методов
исследовательской,
научно-
исследовательской работы для решения поставленных задач;
2.
–
выработка собственной позиции по поводу полученной задачи;
–
представление, обоснование и защита полученного решения;
–
проведение самоанализа и самоконтроля.
Студент-заочник должен понимать, что самостоятельная учебно-
познавательная деятельность отличается от обычной учебной деятельности. Она
носит поисковый характер, в ходе ее решаются несколько познавательных задач,
ее результат - решение проблемных ситуаций.
34
3.
Позиция
обучающегося
учебно-познавательной
деятельности
-
субъектно-субъектная, она всегда проводится на продуктивном уровне. Поэтому,
при
оптимальном варианте
учебно-познавательная
деятельность студента
является саморегулируемой, самоуправляемой, внутренне мотивированной, носит
избирательный характер.
Таким образом, эффективная работа преподавателя со студентамизаочниками во время лабораторно-экзаменационных сессий и в межсессионный
период позволит вызвать интерес к своей дисциплине, повысить ответственность
за качество самостоятельной работы, а, следовательно, повысить качество
подготовки специалистов, востребованных на рынке труда.
35
ТРЕБОВАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ РЕФЕРАТА
1. реферат должен содержать: титульный лист, аннотацию, содержание
(оглавление),
текст
реферата,
список
используемых
источников,
приложения;
2. объем реферата не менее 10 страниц формата А4, шрифт Times New Roman,
кегль 14 пт, междустрочный интервал -1,5, выравнивание текста – по
ширине, нумерация страниц в нижнем колонтитуле;
3. на титульном листе указывается: название реферата, Фамилия И.О.
исполнителя, факультет, специальность, курс, группа;
4. список использованных источников - не менее 3-х, полное указание
выходных данных для книжных и периодических изданий, адреса сайтов с
которых заимствован материал, по тексту реферата должны быть ссылки на
источники;
5. реферат должен содержать достоверные и актуальные сведения на
достаточном научном уровне;
6. реферат, кроме текста (формат .doc), может дополнительно содержать:
– качественные цветные иллюстрации;
– фрагменты программ;
– исполняемые модули;
–
фрагменты информационных систем;
– презентации;
– другие материалы, качественно дополняющие основную часть реферата;
–
работа может быть выполнена с использованием HTML, XML и т.д.
36
ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА»
Электрическая цепь, ее элементы. Простые и сложные цепи.
Законы Ома. Сопротивление, удельное сопротивление, проводимость.
Законы Кирхгофа. Расчет сложных электрических цепей.
Магнитное поле, его свойства, характеристики. Проводник с током в
магнитном поле. Закон Ампера.
5. Магнитные свойства вещества, Ферромагнетики. Гистерезис.
6. Получение переменного тока, Период, частота. Мощность переменного
тока.
7. Цепи переменного тока с R,L,C. Последовательное соединение R с L, R с
C и R,L,C.
8. Резонанс токов и напряжений. Условия, признаки резонанса.
9. Получение 3-х фазного тока. Соединение обмоток генератора или
потребителя треугольником и звездой. Мощность 3-х фазного тока.
10.Электрические машины постоянного тока, их особенности работы.
11.Асинхронные двигатели, их особенности работы.
12.Трансформаторы, их классификация. Трехфазные трансформаторы,
особенности работы.
13.Измерительные приборы, погрешности, цена деления.
14.Полупроводниковые приборы, их классификация.
15.Электронные усилители и генераторы.
1.
2.
3.
4.
37
ТЕМЫ ДЛЯ КУРСОВЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ:
«ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА»
анализ схем при негармонических периодических воздействиях
анализ цепей при синусоидальных воздействиях
аналого-цифровые преобразователи
аналоговые интегральные микросхемы
арифметико-логические устройства. Сумматоры
асинхронные машины. Однофазные, конденсаторные двигатели, машины
специального назначения
7. асинхронные машины. Рабочий процесс, электромагнитный момент и
рабочие характе-ристики асинхронного двигателя
8. асинхронные машины. Режимы работы, устройство, магнитная цепь
синхронной машины
9. базовые логические элементы транзисторно-транзисторной логики
10.базовые логические элементы эмиттерно-связанной логики на МДПтранзисторах
11.бесколлекторные машины переменного тока. Принцип выполнения обмоток
статора, основные типы обмоток статора
12.биполярные транзисторы. Усилительные и частотные свойства биполярных
транзисторов
13.биполярные транзисторы. Устройство, принцип действия биполярного
транзистора
14.гармонические колебания в линейных электрических цепях. Метод
комплексных амплитуд
15.импульсные полупроводниковые устройства
16.импульсный режим работы биполярных и полевых транзисторов
17.источники вторичного электропитания
18.классический метод анализа переходных процессов в линейных
электрических цепях
19.коллекторные машины. Коллекторные двигатели
20.коллекторные машины. Устройство коллекторных машин постоянного тока,
обмотки якоря машин постоянного тока
21.комбинационные логические устройства
22.коммутация в электрических схемах. Определение начальных условий
23.компьютерное моделирование электрических цепей. Виртуальная
измерительная лаборатория
24.компьютерное моделирование электрических цепей. Среда моделирования
Multisim
1.
2.
3.
4.
5.
6.
38
25.конструктивное исполнение электрических машин
26.логические устройства с программируемыми характеристиками
27.математическое описание цифровых устройств
28.минимизация логических устройств
29.нелинейные электрические цепи
30.общие свойства четырёхполюсников
31.операторные методы анализа переходных процессов в электрических цепях.
Метод преобразования Лапласа
32.операторные методы анализа переходных процессов в электрических цепях.
Операторный метод ДТ-преобразования
33.операторные методы анализа переходных процессов в электрических цепях.
Спектральный метод анализа переходных процессов
34.операционные усилители
35.параметры и математические модели нелинейных элементов электрических
цепей
36.пассивные элементы и биполярные транзисторы полупроводниковых
интегральных микросхем
37.пассивные элементы электрических цепей. Катушки индуктивности
38.пассивные элементы электрических цепей. Конденсаторы
39.пассивные элементы электрических цепей. Резисторы
40.пассивные элементы электрических цепей. Трансформаторы
41.полевые транзисторы. Полевые транзисторы с изолированным затвором
42.полевые транзисторы. Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом
43.полупроводниковые
диоды.
Разновидности
и
применение
полупроводниковых диодов
44.полупроводниковые диоды. Устройство, режимы работы
45.полупроводниковые запоминающие устройства
46.последовательностные логические устройства. Триггеры одноступенчатые,
двухступенчатые, с динамическим управлением
47.преобразователи аналоговых сигналов на операционных усилителях
48.преобразовательные полупроводниковые устройства
49.принципы расчёта трансформаторов
50.расчёт нелинейных электрических цепей
51.свойства линейных цепей
52.синхронные машины. Параллельная работа синхронных генераторов
53.синхронные машины. Синхронный двигатель, компенсатор, машины
специального назначения
54.синхронные машины. Устройство синхронных машин, характеристики
синхронных генераторов
39
55.технология изготовления интегральных микросхем
56.трансформаторы. Рабочий процесс трансформатора
57.трёхобмоточные
трансформаторы,
автотрансформаторы
и
трансформаторные устройства специального назначения
58.трёхфазные цепи
59.узловой и контурный анализ и преобразование электрических цепей
60.уравнения электрических цепей
61.усилительные полупроводниковые устройства
62.устройства сравнения аналоговых сигналов
63.функциональные узлы последовательностных логических устройств
64.частотные свойства электрических цепей. Вынужденные колебания в
последовательном колебательном контуре
65.частотные свойства электрических цепей. Параллельный колебательный
контур
66.частотные свойства электрических цепей. Связанные колебательные
контуры
67.электрические и цифровые измерительные приборы
68.электрические фильтры. RC, k и m фильтры
69.электрические фильтры. Определение частотных характеристик фильтров
70.электрические цепи с индуктивно связанными элементами
71.электрофизические свойства полупроводниковых материалов
72.электрофизические свойства проводниковых материалов
73.энергетические характеристики процессов в цепях гармонического тока
40
ГЛОССАРИЙ
ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ И ЭЛЕКТРОНИКЕ
Глоссарий по электротехнике
1. Уильям Гильберт (1544—1603) — английский физик; основоположник
науки об электричестве и магнетизме.
2. Закон Кулона (1736—1806), открытый в 1785 г. на основании опытов с
крутильными весами и определяющий силу взаимодействия F двух неподвижных
точечных зарядов q1 и q2 на расстоянии r: F = q1q2/4аr2, где а = o —
абсолютная диэлектрическая проницаемость среды; o = 8,8510–12 Кл/(Вм) —
диэлектрическая проницаемость вакуума (электрическая постоянная);  —
относительная диэлектрическая проницаемость среды, определяющая, во сколько
раз сила взаимодействия между зарядами в данном диэлектрике (среде) меньше
силы взаимодействия между ними в вакууме.
3. Закон Фарадея (1791—1867) о сохранении электрического заряда,
установленный в 1843 г: в электрически изолированной системе (которая не
обменивается зарядами с внешними телами) алгебраическая сумма электрических
зарядов является постоянной величиной
4. Напряженность электрического поля: векторная величина E = F/q (здесь и
далее вектор будем обозначать жирным шрифтом), измеряемая силой F,
действующей в данной точке поля на пробный единичный положительный заряд
q. Линии, касательные к которым в каждой точке совпадают по направлению с
вектором напряженности, называются линиями напряженности; для точечного
заряда они имеют вид лучей, исходящих из точки, где помещен заряд (для
положительного заряда) или входящих в нее (для отрицательного).
5. Принцип суперпозиции: если электрическое поле создается зарядами q 1, q2
... , qn, то на пробный заряд q действует сила, равная геометрической сумме сил,
действующих на пробный заряд q со стороны поля каждого из зарядов, при этом
вектор напряженности равен геометрической сумме напряженностей полей,
создаваемых каждым из зарядов в отдельности.
6. Электрический потенциал  = W/q — определяется работой W, которую
совершают силы поля при перемещении единичного положительного заряда из
данной точки в бесконечность или в другую точку, потенциал которой условно
принят равным нулю (в электротехнике это потенциал земли). Совокупность
точек поля, потенциал которых имеет одинаковое значение ( = const), называется
эквипотенциальной поверхностью или поверхностью равного потенциала; работа
перемещения заряда по такой поверхности равна нулю.
7. Электрическое напряжение (падение напряжения на участке цепи) —
разность потенциалов между началом и концом участка цепи.
8. Проводники (металлы, растворы кислот, щелочей и солей) — тела,
в
которых часть микроскопических электрических зарядов способна свободно
перемещаться в пределах тела.
8. Диэлектрики или изоляторы (фарфор, резина, стекло, янтарь, различные
типы пластмасс) — тела, в которых все микроскопические заряды связаны друг с
41
другом, и, следовательно, не проводят электрический ток.
9. Поляризация диэлектрика — смещение микроскопических зарядов в
диэлектрике в однородном поле напряженностью Е, в результате чего на его
границах возникают связанные некомпенсированные заряды, создающие внутри
диэлектрика дополнительное макроскопическое поле, направленное против
внешнего поля. При этом на границе двух диэлектриков 1 и 2 нормальные
составляющие напряженности электрического поля Е изменяются обратно
пропорционально величинам диэлектрических проницаемостей граничащих сред,
т. е. Е1/Е2 = 2/1.
10. Вектор электрической индукции (смещения) — вектор D = oE, равный
произведению вектора напряженности электрического поля на диэлектрическую
проницаемость среды в данной точке. Полный поток электрической индукции
через замкнутую поверхность произвольной формы прямо пропорционален
алгебраической сумме электрических зарядов, заключенных внутри этой
поверхности, и не зависит от зарядов, расположенных вне ее (теорема Гаусса —
Остроградского).
11. Электрическая емкость проводника C = dq/d, Ф равна
приращению
заряда dq, при котором его потенциал увеличивается на d = 1 В; Ф (фарада) —
единица емкости, названная в честь Фарадея; В (вольт) — единица потенциала и
напряжения, названная в честь Вольта, построившего первый источник
постоянного напряжения
12. Электрическая емкость совокупности двух (или нескольких)
изолированных друг от друга проводников, называемой конденсатором —
определяется как С = q/U, Ф, т. е. равна отношению заряда одной из его обкладок
q к разности потенциалов U между обкладками. Например, емкость плоского
конденсатора с площадью пластин S и расстоянием между ними d: C = oS/d. При
параллельном соединении конденсаторов общая емкость равна сумме емкостей
соединяемых конденсаторов: C = C1 + C2 + ... + Cn; при последовательном — (1/С)
= (1/C1) + (1/C2) + ... + (1/Cn).
13. Энергия электрического поля — определяется произведением заряда q на
величину потенциала : W = q. Энергия системы из двух зарядов q1, q2
измеряется работой, которую совершает сила электрического поля при удалении
одного из этих зарядов в бесконечность. Если 12 — потенциал поля первого
заряда в точке, где находится второй заряд, а 21 — потенциал поля второго
заряда, где находится первый, то W = 0,5 (21 q1 + 12 q2). Поскольку при этом
один из потенциалов принимается равным нулю, то W = 0,5qU = 0,5CU2. Если
заряд измерять в единицах заряда электрона (1,60210–12 Кл), то единицей
измерения энергии будет эВ (электрон-вольт), широко используемый в ядерной и
физике твердого тела
14. Плотность энергии электрического поля — величина, измеряемая
энергией W в единице объема V: w = dW/dV = oE2/2 = ED/2 [Дж/м3]. При этом
энергия рассредоточена по всему объему, занимаемому полем, а не локализована
в заряженном теле.
15. Пондеромоторные силы (от латинских pondus (вес) и motus (движение))
42
—силы взаимодействия между заряженными телами. Например, пластины
плоского конденсатора притягиваются с силой F = oE2S/2, H (ньютон), где S —
площадь пластин.
16. Луиджи Гальвани (1737 — 1798) — итальянский физик и физиолог;
первооткрыватель
«подвижного»
или
гальванического
электричества,
позволившего его соотечественнику Алессандро Вольта (1745—1827) создать
первый источник постоянного напряжения (Вольтов столб), сыгравшего важную
роль в дальнейшем развитии теории и практики электротехнической науки. Так, в
1802 г. академиком Петровым В. В. (1761—1834) с помощью мощного Вольтова
столба была впервые получена так называемая вольтова (электрическая) дуга
между угольными электродами и доказана возможность ее использования для
плавления металлов и освещения.
17. Электрический ток — направленное движение заряженных частиц
(электронов в металлах, ионов в электролитах и т. п.) под действием внешнего
электрического поля напряженностью Е. При этом для перемещения заряда q на
расстояние l (десятки и сотни тысяч километров в случае линий электропередач)
необходимо выполнить работу A = qEl за счет механической энергии (вращение
вала электрогенератора), химической (аккумуляторы), энергии радиоактивного
распада (атомные батареи), тепловой (термобатареи) и других источников
энергии.
18. Активное (омическое) сопротивление — сопротивление, оказываемое
двигающемуся заряду (например, электронам) за счет «трения» электронов об
кристаллическую решетку проводника, что вызывает его нагрев (например,
спираль электроплитки) и превращение таким образом электрической энергии в
тепловую.
19. Реактивное сопротивление — сопротивление катушки индуктивности и
конденсатора, препятствующее их заряду: превращению электрической энергии в
энергию магнитного поля (для катушки) и энергию электрического поля (для
конденсатора).
20. Гипотезе Ампера о магнетизме — проявление магнитных свойств
объясняется наличием в телах замкнутых микроскопических электрических
токов, вызывающих образование магнитных диполей, обладающих магнитным
моментом P = ml, где m — магнитная масса полюса; l — расстояние между
полюсами. Поведение этих диполей под действием внешнего магнитного поля
определяется магнитной проницаемостью , характеризующей способность
материала усиливать или ослаблять внешнее поле, и магнитной
восприимчивостью , характеризующей способность материала сохранять
ориентацию диполей после снятия внешнего поля, при этом  =  – 1. По этим
параметрам материалы делятся на три группы: диамагнетики ( < 1,  < 0),
парамагнетики ( > 1,  > 0) и ферромагнетики ( >> 1,  > 0)
21. Закон Кулона (1788 г.) — две магнитные массы m1 и m2 в среде с
магнитной проницаемостью  взаимодействуют с силой Fm = m1m2/r2,
пропорциональной их произведению и обратно пропорциональной квадрату
расстояния r между ними.
43
22. Магнитная индукция В = Sп/NA — исходный параметр для магнитного
поля, где Sп =
— вольтсекундная площадь импульса напряжения u(t),
индуцируемого в одном витке пробной катушки при наложении или снятии
исследуемого магнитного поля напряженностью Н; N — число витков пробной
катушки; А — площадь катушки в сечении, перпендикулярном магнитным
силовым линиям. Направление вектора магнитной индукции совпадает с
направлением поля в данной точке. Единица измерения индукции в системе СИ
(название от Standard International — международный стандарт) — тесла (Тл) =
Вс/м2 (ранее использовался гаусс (Гс) = 10-4 Тл ).
23. Магнитный поток Ф = ВS, где S — площадь, перпендикулярная вектору
магнитной индукции В; если между направлением потока и площадью угол
отличается от 90°, то Ф = BScos, где  — угол между вектором В и
перпендикуляром к поверхности. Поток измеряется в веберах (Вб) = Вс (ранее
использовался Мкс (максвелл) = 10-8 Вб).
24. Потокосцепление  = wФ — поток через w витков катушки. Если ее
обмотка содержит витки с различным направлением намотки (по и против
часовой стрелки), то потокосцепление определяется алгебраической суммой,
поскольку направление индуктируемого тока в таких витках будет иметь
противоположное направление.
25. Напряженность магнитного поля — вектор, направление которого
совпадает с направлением поля в данной точке; модуль вектора Н = В/а, где а =
о — абсолютная магнитная проницаемость материала;  — относительная
магнитная проницаемость материала (для сталей  = 200—5000); о =1,25710-6
Вс/Ам — магнитная постоянная (принимается в качестве магнитной
проницаемости воздушных зазоров). Единица напряженности — А/м, до введения
СИ — эрстед (Э); 1 Э = 79,6 А/м. Напряженность магнитного поля в точке,
удаленной на расстояние r от прямолинейного проводника с током I: H = I/2r;
внутри проводника на расстоянии а от его центра: H = аI/2r2 ; в центре витка
радиусом r: H = I/2r; на расстоянии а от центра кольцевой катушки с числом
витков w: H = wI/2a; на средней линии l тороидальной катушки (намотанной на
кольцевом сердечнике): H = wI/l.
26. Магнитное напряжение — произведение напряженности магнитного поля
Н на длину участка магнитной линии, измеряется в амперах (А).
27. Магнитодвижущая сила (МДС) или намагничивающая сила (НС) F —
магнитное напряжение, взятое по всей длине l линии магнитной индукции; для
кольцевой цилиндрической катушки с числом витков w: F = Hl = wI, A.
28. Взаимодействие проводников с токами — два проводника с токами,
текущими в одном направлении, притягиваются, а с текущими в
противоположных направлениях, — отталкиваются. Возникающая при этом сила
определяется формулой Ампера: F=а I1 I2 l/2r2, где I1, I2 — значения токов в
проводниках, А; l, r — длина проводников и расстояние между ними, м. Заметим,
что приведенная формула использовалась для определения единицы (эталона)
44
силы тока путем измерения силы: при I1 = I2 = 1 А, l = r = 1 м,  = 1, о = 1,25710–6
Гн/м получаем F = 210–7 H.
29. Сила F = BIl (случай взаимно перпендикулярных проводника и
индукции), действующая в магнитном поле индукцией В на проводник длиной l с
током I. При этом направление силы определяется по правилу левой руки: если ее
расположить так, чтобы магнитные силовые линии входили в ладонь, а
выпрямленные четыре пальца совпадали с направлением тока, то отогнутый
большой палец укажет направление действия силы.
30. Сила F = vBq (формула получается из п. 28 последовательной
подстановкой I = q/t и l/t = v), действующая на движущийся со скоростью v заряд
q в магнитном поле с индукцией В. В случае, если носителем заряда является
электрон (q = e), получаем формулу Лоренца (1853—1928): F = еvB (случай
движения электрона перпендикулярно полю).
31. Коэрцетивная (задерживающая) сила Нс — напряженность поля, при
которой симметричная гистерезисная кривая намагничивания B = f(H) пересекает
ось Н и соответствующая остаточной магнитной индукции Br, определяемой
точкой пересечения кривой B = f(H) с осью В. По этим параметрам
ферромагнетики делятся на магнитомягкие (с малой Нс) и магнитотвердые
(большой Нс).
32. Источник электродвижущей силы (ЭДС) — источник напряжения Е с
последовательно включенным внутренним сопротивлением Ri = 0.
33. Магнитное сопротивление магнитопровода длиной l и площадью
поперечного сечения S: Rм =l/aS.
34. Магнитное сопротивление воздушного промежутка длиной  и площадью
поперечного сечения S: R = /oS >> Rм, поскольку a << o.
35. При расчетах магнитных цепей применяются законы, которые совпадают
по форме с основными законами электрических цепей. При этом используются
следующие аналогии магнитных и электрических величин: магнитный поток Ф —
электрический ток I; намагничивающая (магнитодвижущая) сила F —
электрическая ЭДС; магнитные сопротивления Rм, R — электрическое
сопротивление R.
36. Источник напряжения — источник ЭДС Е с последовательно
включенным Ri ≠ 0.
37. Источник тока — источник ЭДС Е с последовательно включенным Ri =
∞. При подключении к такому источнику нагрузки Rн << Ri ток в Rн по закону
Ома I = E/(Ri + Rн)  E/Ri. Практическая реализация источников тока достигается
применением стабилизаторов тока.
38. Линейное сопротивление — сопротивление, падение напряжения на
котором U является линейной функцией протекающего по нему тока I (I = U/R —
закон Ома для участка цепи).
39. Нелинейное сопротивление — сопротивление, падение напряжения на
котором U является нелинейной функцией протекающего по нему тока I (закон
Ома для участка цепи с таким сопротивлением не выполняется). Примеры:
электровакуумный и полупроводниковый диод, термистор и др.
45
40. Положительное направление тока: во внешней цепи — движение
заряженных частиц от положительного зажима источника напряжения к
отрицательному, внутри источника — наоборот (в соответствии с принципом
непрерывности тока)
41. Одноконтурная цепь — замкнутая цепь, состоящая из последовательно
включенных источников напряжения, сопротивлений (активных, реактивных,
линейных или нелинейных) и измерительных приборов. Для расчета тока I в
такой цепи используется закон Ома для участка цепи (I = U/R, где U — падение
напряжения на участке цепи сопротивлением R) или обобщенный закон Ома:
I = Es/Rs,
где Es — алгебраическая сумма ЭДС, Rs — арифметическая сумма всех
сопротивлений цепи, включая внутренние сопротивления источников
напряжения.
42. В замкнутом контуре по п. 41 знак каждой ЭДС в их алгебраической
сумме определяется путем сравнения направления тока в контуре, вызванной
каждой ЭДС (от зажима «+» к зажиму «–»), с произвольно выбранным
направлением обхода контура: при совпадении направлений ЭДС берется со
знаком плюс, в противном случае — со знаком минус.
43. Многоконтурная цепь — цепь, состоящая из нескольких одноконтурных.
44. Узел многоконтурной цепи — точка соединений не менее трех
проводников (или ветвей).
45. Ветвь многоконтурной цепи — участок цепи, соединяющий два узла.
46. Для расчета тока в каждой ветви необходимо произвольно выбрать
направления тока в каждой ветви и составить систему уравнений с
использованием
— первого закона (правила) Кирхгофа: алгебраическая сумма токов
каждого узла равна нулю. Это означает, что сумма вытекающих и втекающих в
любой узел токов равна нулю;
— второго закона Кирхгофа: алгебраическая сумма ЭДС любого замкнутого
контура равна алгебраической сумме падений напряжений на всех участках
контура. Для составления алгебраической суммы ЭДС необходимо выбрать
произвольное направление обхода контура и сравнить с направлением тока,
создаваемого во внешней цепи каждой ЭДС, и в случае совпадения взять такую
ЭДС со знаком «+» или «–» в противном случае. Для составления алгебраической
суммы падений напряжений на всех участках каждого контура Кирхгофа
необходимо сравнить предварительно выбранное направление тока в каждой
ветви с произвольно выбранным направлением обхода каждого контура: если
направления совпадают, то падения напряжений на всех сопротивлениях ветви от
такого тока берутся со знаком «+» и с «–» в противном случае.
47. Для определения токов в ветвях методом контурных токов (методом
Максвелла) необходимо выбрать направление контурных токов, совпадающее с
направлением обхода контура для определения знака ЭДС, и для каждого контура
составить уравнение по второму закону Кирхгофа. При составлении
алгебраической суммы падений напряжения на сопротивлениях каждой ветви
контура необходимо взять со знаком «+» падения напряжений на сопротивлениях
46
всех ветвей от собственного контурного тока IKN и падения напряжений на
сопротивлениях смежных ветвей от соседнего контурного тока IKNi, если он
совпадает
по
направлению
с
IKN,
и
со
знаком
«–» в противном случае.
48. Для определения тока Ii в данной ветви методом эквивалентного
генератора необходимо
— отключить ее от контура и рассчитать напряжение холостого хода Uxx на
ее зажимах;
— отключить источник питания, заменив его перемычкой;
— рассчитать сопротивление короткого замыкания Rкз относительно
зажимов ветви;
— рассчитать искомый ток ветви по формуле: Ii = Uxx/( Ri + Rкз).
49. Мощность Р, выделяемая на участке цепи сопротивлением R при токе I и
падении напряжения U, определяется как P = UI с выделением тепла Q = RI2t в
джоулях или Q = 0,24RI2t в калориях (закон Джоуля-Ленца).
50. Баланс мощностей: в любой замкнутой электрической цепи
алгебраическая сумма мощностей Ри, развиваемых источниками электроэнергии,
равна арифметической сумме расходуемых в приемниках энергии мощностей Рп:
Ри =
, Рп =
,
где Ek — алгебраическая сумма ЭДС, Ik — ток в цепи, определяемый по
обобщенному закону Ома, Rk — суммарное сопротивление всех сопротивлений
цепи, Rki — суммарное сопротивление потерь (эквивалентное внутреннее
сопротивление).
51. Датский физик Ханс Эрстед (1777—1851) — впервые установил связь
между электрическими и магнитными явлениями.
52. Основными параметрами синусоидального сигнала а(t)=Amsin (t + о)
являются мгновенное значение (тока, напряжения или ЭДС) а(t), угловая частота
, начальная фаза о, амплитудное Am и действующее (эффективное) значение А
= Am/(2)1/2. Амперметры и вольтметры переменного тока в любом уголке мира
измеряют только действующее значение.
53. Период Т синусоидального сигнала, его фаза , циклическая f и угловая
частота  связаны соотношениями:  = 2t/T = 2ft = t.
54. Начальная фаза о = t0 — это любое текущее значение угла t в
пределах одного периода Т, с которого начинается наблюдение за
синусоидальным сигналом.
55. Для возможности использования методов расчета цепей постоянного тока
в цепях переменного тока Штейнмецом был предложен символический метод,
заключающийся в замене синусоидальных ЭДС, токов и напряжений их
изображениями с использованием экспоненциальных функций комплексной
переменной в соответствии с формулами:
e = Eмsin(t + Be)  Eмej(t+Be)= EмejBeejt =
ejt;
i = Iмsin(t + Bi)  Iмej(t+Bi) = IмejBiejt =
ejt;
u = Uмsin(t + Bu)  Uмej(t+Bu) = UмejBuejt =
47
ejt,
где: e, i, u — мгновенные значения ЭДС, тока и напряжения; Eм, Iм, Uм — их
амплитудные значения; Be, Bi, Bu — их начальные фазовые углы; ,
,
—
комплексные амплитуды ЭДС, тока и напряжения; j =
— мнимая единица; 
— знак соответствия.
56. Изображение синусоидальных функций комплексными числами
позволило свести интегро-дифференциальное уравнение цепи, состоящей из
последовательно включенных резистора сопротивлением R, катушки
индуктивностью L и конденсатора емкостью С, к линейному алгебраическому,
определяющему в достаточно простом виде (как и для постоянного тока) связь
между указанными параметрами цепи и комплексными значениями токов и
напряжений в виде:
(R + jL + 1/jC) =
(1).
57. Из формулы (1) следует, что закон Ома в символической (комплексной)
форме может быть записан в виде:
= /Z (2),
где для последовательной RLC-цепи Z = R + jL + 1/jC — комплексное
сопротивление, которое чаще всего представляется в виде суммы активного R и
реактивного X сопротивлений, т. е. Z = R + jX; X = j(L + 1/j2C) = j(L – 1/C).
58. Слагаемые реактивного сопротивления и полное сопротивление RLCцепи с учетом правил действия с комплексными величинами могут быть
представлены в следующих формах:
— для комплексного емкостного сопротивления: ХС = –jxC = xCe-j90 с
модулем xC = 1/C; — для комплексного индуктивного сопротивления: ХL = jxL
=xLejj90 с модулем xL = L;
— для полного сопротивления: Z = R + j(xC + xL) = R + jX = zejBr с модулем
z=|Z|=
и аргументом Br = arctg {[L – 1/(C)]/R}.
59. Если на входе последовательной RLC-цепи включен источник
напряжения u = Uмsin(t + B) (в комплексной форме —
= UмejB), то на
основании (2) (п. 57):
= /Z = UмejB/zejBr = (Uм/z)ej(B-Br) = Iмej(B-Br),
что соответствует току в цепи
I = Iмsin(t + B – Br),
где Iм=Uм/
, Br = arctg {[L – 1/(C)]/R} (3).
60. Из (3) (п. 59) следует, что для последовательной RL-цепи (С = 0)
Br = arctg (L/R) и при    или R  0 Br = 90 ток в цепи I = Iмsin(t + B –
90) в предельном случае опаздывает относительно входного напряжения на 90.
61. Из (3) (п. 59) следует, что для последовательной RС-цепи (L = 0)
Br = arctg (– 1/RC) и при R  0 Br = –90 ток в цепи I = Iмsin(t + B + 90) в
предельном случае опережает входное напряжение на 90.
62. Явление, при котором индуктивное и емкостное сопротивления RLCцепи равны, называется резонансом, т. е. условием возникновения резонанса
является равенство Х = 0 или L – 1/C = 0, откуда легко получается известная
48
формула Томсона для резонансной частоты o = 1/
или Fo = 1/2
.
63. Из (3) (п. 59) видно, что при последовательном резонансе (для
последовательной RLC-цепи) ток в цепи определяется только сопротивлением R и
совпадает по фазе с напряжением входного сигнала.
64. При последовательном резонансе напряжение на конденсаторе и катушке
индуктивности превышает напряжение входного сигнала в Q раз, где
безразмерная величина Q = oL/R = 1/(oRC) — добротность контура.
65. Полная мощность синусоидального сигнала, выделяемая на участке цепи,
равна S = (P2 + Q2)1/2, где Р = UIcos; Q = UIsin — соответственно активная и
реактивная составляющие полной мощности. Множитель cos называется
коэффициентом мощности, определяющим, какая ее часть тратится с пользой
(активная составляющая) или без пользы (на перезаряд индуктивностей и
емкостей). В идеальном случае cos = 1 (при таком коэффициенте энергетикам
предприятий выплачивают повышенные премии). При этом ток в цепи совпадает
по фазе с напряжением входного сигнала.
66. В трехфазной системе переменного тока соединения генератора с
нагрузкой принято обозначать следующим образом: Y/Y0 — соединение звездазвезда с нулевым проводом; Y/Y — звезда-звезда; Y/ — звезда-треугольник; /Y
— треугольник-звезда; / — треугольник-треугольник.
67. В трехфазной системе ЭДС, индуктируемые в обмотках генератора или
трансформатора, напряжения на зажимах этих обмоток и токи в них называют
фазными, а напряжения между соседними линейными проводами и токи в них —
линейными.
68. Для соединения звезда-звезда с нулевым проводом (нейтралью) при
симметричной нагрузке линейное Uл и фазное Uф напряжение связаны
соотношением Uл = Uф, а фазные и линейные токи равны.
69. Для соединения звезда-треугольник при симметричной нагрузке
линейные Iл и фазные Iф токи связаны соотношением Iл = Iф, а фазные и
линейные напряжения равны.
70. При расчете цепей переменного тока в случае периодических
напряжений и токов несинусоидальной формы они представляются в виде
конечных или бесконечных тригонометрических рядов Фурье.
71. Цепи с распределенными параметрами отличаются тем, что в них
индуктивность, емкость, сопротивление и проводимость распределены в
пространстве, например, вдоль двух проводников, образующих линию связи.
72. Линии связи (ЛС) характеризуются первичными и вторичными
параметрами. К первичным относятся погонное сопротивление R, Ом/м; погонная
индуктивность L, Гн/м; погонная проводимость G, См/м; погонная емкость С,
Ф/м.
73. Вторичные параметры ЛС рассчитываются с использованием системы
телеграфных уравнений. К вторичным параметрам неискажающей (идеальной)
ЛС относятся волновое сопротивление W = (L/C)1/2, коэффициент затухания  =
(RG)1/2 и коэффициент фазы  = (LC)1/2.
74. Рабочим режимом ЛС считается режим бегущей волны, при котором на
49
выходе ЛС включено активное сопротивление Rн, равное волновому W. Для
такого режима мгновенное значение напряжения в любой точке ЛС U = Uiexp(–
l)cos(t – l), где l — расстояние от начала ЛС до точки, в которой определяется
значение напряжения;  — частота входного сигнала Ui. Из приведенной
формулы видно, что амплитуда бегущей волны напряжения убывает вдоль линии
по экспоненциальному закону без отражения от ее конца.
75. При Rн  W имеет место режим несогласованной линии, который
наиболее ярко проявляется при разомкнутой (Rн = ) или замкнутой (Rн = 0) ЛС.
При разомкнутой линии бегущая волна тока, достигнув конца ЛС, резко спадает
до нуля (так называемый узел тока), превращаясь в энергию магнитного поля, под
действием которого возникает ЭДС самоиндукции, что приводит к повышению
напряжения на конце линии и движению зарядов в обратном направлении. Таким
образом, дойдя до разомкнутого конца линии, волны вынуждены двигаться в
обратном направлении, отражаясь от ее конца. При этом электрические заряды
прямой и обратной волн у конца ЛС складываются, в результате чего в этом месте
в каждый момент времени формируется удвоенное напряжение (так называемая
пучность напряжения). Для характеристики линии в рассматриваемом режиме
используется коэффициент отражения p = (Rн – W)/( Rн + W). При Rн = W
коэффициент р = 0 и в линии имеет место режим бегущей волны. При
разомкнутой линии Rн =  и р = 1. При этом на выходе линии амплитуды
напряжения и тока Um = Uп(1 + p) = 2Uп; Im = Iп(1 – p) = 0; падающие и отраженные
волны напряжения имеют одинаковую фазу, а волны тока — противоположную.
76. При замкнутой линии Rн = 0 и р = –1. При этом на выходе линии
амплитуда напряжения и тока Um = Uп(1 + p) = 0; Im = Iп(1– p) = 2Iп, падающие и
отраженные волны тока имеют одинаковую фазу, а волны напряжения —
противоположную.
77. Переходные процессы в электрической цепи возникают при любом
изменении параметров цепи и наличии хотя бы одного реактивного
сопротивления.
78. Классический метод анализа переходных процессов заключается в
составлении дифференциального уравнения цепи, решение которого представляет
собой сумму двух величин: 1) частного решения, выражающего установившийся
режим, и 2) общего интеграла дифференциального уравнения с нулевой правой
частью, выражающего свободный режим.
79. Операторный метод расчета переходных процессов заключается в замене
функции времени f(t) (оригинала) ее операторным изображением по Лапласу и
нахождении оригинала после решения операторного уравнения в простой
алгебраической форме.
80. Интеграл Дюамеля используется для анализа переходных процессов при
подключении исследуемой цепи к источнику непрерывно изменяющегося
напряжения произвольной формы, которое можно описать аналитическими
выражениями на каждом участке.
81. К цепям с взаимной индуктивностью относятся многообмоточные
трансформаторы или как минимум две близко расположенные катушки
50
индуктивности, связь между которыми определяется коэффициентом взаимной
индуктивности, измеряемым в генри (Гн).
Глоссарий по электронике
1. Активность атомов любого элемента при взаимодействии с другими
элементами вещества определяется валентными электронами, расположенными
на внешней оболочке атома и легко покидающими свою орбиту, определяя тем
самым электропроводность материала.
2. При нагревании полупроводника часть валентных связей нарушается под
действием тепловых колебаний атомов в решетке, что приводит к
одновременному образованию свободных электронов и пустых мест — дырок,
которые, совершая хаотическое движение в течение некоторого времени (времени
жизни), рекомбинируют (соединяются) с одним из свободных электронов, образуя
стабильный атом решетки.
3. Собственные или типа i (от англ. intrisinc — собственный) полупроводники
характеризуются высокой чистотой полупроводника, собственная проводимость
которого определяется парными носителями заряда (электрон — дырка)
теплового происхождения.
4. Примесная проводимость полупроводников обусловлена наличием
примесных атомов, замещающих часть основных атомов, как правило, в узлах
кристаллической решетки.
5. Электронные или полупроводники n-типа характеризуются наличием
донорных («отдающих» электроны) примесей, валентность которых на единицу
выше (по отношению к германию и кремнию это фосфор, мышьяк и другие
элементы).
6. Полупроводники с дырочной или проводимостью р-типа характеризуются
наличием акцепторной («принимающей» электроны) примесью, валентность
которой на единицу меньше (по отношению к германию и кремнию это
алюминий, галлий, бор, индий и другие элементы).
7. Электронно-дырочный или p-n—переход — это комбинация из двух
полупроводников с различными типами проводимости (p- и n-типа, рис. 1, а),
которая создается с применением специальных технологий (сплавлением,
диффузией и др.)
8. Поскольку концентрация дырок в р-слое больше, чем в n- слое, то
некоторая их часть за счет диффузии перейдет в n-область, где они будут
рекомбинировать с электронами до тех пор, пока не установится равновесие, в
результате чего на границе перехода со стороны n-слоя будет создана зона 2 (рис.
1, а) нескомпенсированных положительных зарядов (ионов) донорных атомов.
9. Аналогичными п. 8 процессами будет сопровождаться переход электронов
из n- в р-область, в результате чего на границе перехода со стороны р-слоя будет
создана зона 3 (рис. 1, а) нескомпенсированных отрицательных зарядов (ионов)
акцепторных атомов.
10. Электрическое поле пространственных зарядов между зонами 2 и 3 (рис.
1, а) характеризуется контактной разностью потенциалов o, определяемой
51
соотношением концентраций основных и неосновных носителей (например,
дырок и электронов для р-слоя) и температурным потенциалом Т = kT/q, где k =
1,3810–23 Дж/К — постоянная Больцмана;
T — абсолютная температура; q = 1,610–19 Кл — заряд электрона (при
«комнатной» температуре Т = 300 °К и Т  26 мВ). Значение o для германия
составляет около 0,35 В и 0,62 В — для кремния.
11. Для подключения внешних выводов используются омические
(невыпрямляющие) контакты 1 (рис. 1, а) из олова, золота и других материалов,
не создающих в сочетании с полупроводником p-n—переход.
12. Если к p-n—переходу подключить источник постоянного напряжения U
плюсом к n-области (рис. 1, б), то в области перехода потенциальный барьер
увеличится до  = o + U (p-n—переход расширяется) вследствие того, что
электроны n-области притягиваются (отталкиваются от перехода) к
положительному зажиму источника, а дырки р-области — к отрицательному и
количество пересекающих переход носителей заряда существенно уменьшается.
а)
б)
Рис. 1. Структура р-n—перехода
в)
13. Указанное в п. 12 включение p-n—перехода называется обратным
(непроводящим), при котором неосновные носители (дырки для n-области и
электроны для р-области), оказавшиеся за счет хаотического теплового движения
вблизи перехода, переносятся его полем, образуя обратный ток Io , который для
кремния увеличивается в два раза при увеличении температуры на каждые 10 С.
14. Если поменять полярность подключения источника (рис. 1, в), то в
области перехода потенциальный барьер снижается до  = o – U (p-n—
переход сужается) вследствие того, что электроны n-слоя и дырки р-слоя
отталкиваются в область перехода и количество пересекающих его носителей
заряда существенно увеличивается.
15. Указанное в п. 14 включение p-n—перехода называется прямым
(проводящим) и для этого случая его вольтамперная характеристика (ВАХ)
описывается формулой:
I = Io[exp(U/nт ) – 1],
где I — ток через переход при напряжении U; Iо — обратный (тепловой) ток; n =
1…2 — поправочный коэффициент, учитывающий отклонение характеристики от
идеальной (теоретической); т — температурный потенциал (см. п. 10).
Приведенная формула считается основным уравнением полупроводниковой
электроники.
16. Биполярный транзистор был разработан в 1950 году американским физиком В.
Шокли. Название «транзистор» происходит от английских слов transfer и resistor,
52
т. е. буквально — «передающий резистор». Название «биполярный» объясняется
тем, что, являясь трехэлектродным прибором, транзистор представляет собой
конструкцию из двух p-n—переходов, один из которых, называемый эмиттерным,
смещен в прямом направлении (одна полярность), а другой, называемый
коллекторным, смещен в обратном направлении (вторая полярность). Область
между этими двумя переходами называется базой, толщина которой существенно
меньше длины свободного пробега носителей заряда, благодаря чему большая их
часть (98% и более), инжектируемая прямо смещенным переходом база-эмиттер,
достигает перехода база-коллектор и, подхватываясь «благоприятным»
направлением поля этого перехода, образует коллекторный ток Iк . Общее же
количество инжектируемых носителей образует эмиттерный ток Iэ , их
незначительная часть (2% и менее) рекомбинирует в области базы, образуя
базовый ток Iб .
17. Схемы включения биполярных транзисторов ОБ (общая база) —
управляющим электродом является эмиттер, выходным — коллектор, база —
общим для входного и выходного сигналов; ОЭ (общий эмиттер) —
управляющим электродом является база, выходным — коллектор, эмиттер —
общим для входа и выхода; ОК (общий коллектор или эмиттерный повторитель)
— управляющим электродом является база, выходным — эмиттер, коллектор —
общим для входа и выхода.
18. Поскольку выходной величиной является коллекторный ток, то
отношение  = Iк/Iэ < 1 называют коэффициентом усиления тока эмиттера для
схемы ОБ. Так как Iэ = Iк + Iб, то для схемы ОЭ с учетом  коэффициент усиления
тока базы  = Iк/Iб = /(1 – ). Коэффициенты  и  зависят от толщины базы: чем
она тоньше, тем меньшее количество инжектируемых электронов (или дырок)
будет в ней «застревать» (рекомбинировать) (уменьшение Iб) и тем большее их
количество будет проходить к коллекторному переходу (увеличение Iк); значение
 = 0,999 ( = 999) было достигнуто в меза-транзисторах спустя несколько
десятилетий после изобретения транзистора благодаря усовершенствованию
технологии их изготовления.
19. Входная ВАХ биполярного транзистора (Iбэ = f(Uбэ)) в режиме малых
сигналов практически совпадает с ВАХ прямо смещенного p-n—перехода.
20. Эффект Эрли в биполярных транзисторах — это эффект модуляции
толщины базы, вызываемый изменением напряжения на коллекторе в режиме
больших сигналов (при увеличении этого напряжения толщина базы
уменьшается); поэтому в справочниках входная ВАХ (Iбэ = f(Uбэ)) часто
приводится для двух значений коллекторного напряжения.
21. Семейство выходных ВАХ — это зависимость коллекторного тока от
коллекторного напряжения при нескольких фиксированных значениях токах базы
Iб (Iк = f(Uк)Iб=const).
22. Полевые транзисторы отличаются от биполярных тем, что в них
используются носители только одного типа (электроны или дырки) и основным
способом их движения является дрейф в электрическом поле.
23. Полевые транзисторы с управляющим р-n—переходом отличаются от
53
биполярных тем, что управляющий р-n—переход работает в обратно смещенном
режиме, что обеспечивает высокое входное сопротивление (до 10 12 Ом) и малый
ток утечки (до 10–12 А).
24. МДП-транзистор — полевой транзистор с Металлическим затвором и
Диэлектрической пленкой между затвором и Полупроводником р- или n-типа,
проводимость которого управляется электрическим полем затвора.
25. Полевые МДП-транзисторы характеризуются повышенным входным
сопротивлением (до 1015 Ом) и малым током утечки (до 10–15 А).
26. Основные характеристики полевых транзисторов, кроме перечисленных в
п. 23 и 25: крутизна характеристики — отношение приращения тока стока к
приращению напряжения на затворе (до 30 мА/В), напряжение отсечки —
напряжение затвор-исток, при котором ток стока минимален и пороговое
напряжение — напряжение затвор-исток, при котором индуцируется (создается)
канал (только для МДП-транзисторов с индуцированным каналом).
27. Основным недостатком МДП-транзисторов является необходимость
электростатической защиты, особенно у МОП-транзисторов, затвор которых
изолирован от канала весьма тонким слоем Окисла кремния, который легко
пробивается при соприкосновении с руками монтажника (по данным компании
Motorola, в сухую погоду (при влажности 10—20%) ходьба по ковру вызывает
генерацию на теле человека статического электричества до 35 кВ); поэтому
изделия с такими транзисторами, как правило, поставляются в токопроводящих
упаковках, а при их монтаже используются специальные средства защиты:
заземленные паяльники и браслеты для рук, монтажные инструменты с
токопроводящими ручками, полы и монтажные столы с антистатическим
покрытием, поддержка соответствующей влажности воздуха (в некоторых
случаях с дополнительной ионизацией).
28. Типы цифровых интегральных микросхем (ИМС) средней и высокой
степени интеграции: ИМС, выполненные по биполярной, КМОП- и смешанной
БИ-КМОП-технологии; ИМС на Комплементарных МОП-транзисторах
(комбинации из двух МОП-транзисторов с каналами разной проводимости (n- и pтипа)); отличаются высокой экономичностью и быстродействием.
29. Параметры наиболее часто используемого усилительного каскада с
общим эмиттером: коэффициент усиления по напряжению равен отношению
коллекторного сопротивления к эмиттерному; для выбора рабочего режима и его
стабильности используется низкоомный делитель напряжения в базовой цепи и
резистор — в эмиттерной; для уменьшения нелинейных искажений напряжение
на коллекторе в статическом режиме (при отсутствии входного сигнала) не
должен превышать половину напряжения питания коллекторной цепи.
30. Критерии выбора оптимальных параметров дифференциального каскада:
обеспечение идентичности транзисторной пары и коллекторных нагрузок;
постоянство суммарного эмиттерного тока транзисторной пары, что достигается
использованием в эмиттерной цепи высококачественного стабилизатора тока.
31. В стабилизаторе тока на базе каскада с ОЭ используется свойство этого
каскада поддерживать постоянство коллекторного тока при изменениях нагрузки
и напряжения на коллекторе за счет большого динамического сопротивления,
54
равного отношению приращений напряжения на коллекторе и коллекторного
тока, а также стабилизация положения рабочей точки на входной характеристике
транзистора.
32. В дифференциальных каскадах операционных усилителей (ОУ) часто
используется составной транзистор (каскад Дарлингтона), коэффициент усиления
которого по току равен произведению коэффициентов усиления первого и
второго транзисторов, образующих каскад Дарлингтона.
33. Название «Операционный усилитель» произошло от математиков,
которые использовали их в аналоговых вычислительных машинах в качестве
основного элемента решающих блоков (интеграторов, сумматоров и т. п.).
34. Между входными зажимами ОУ действует дифференциальный сигнал,
коэффициент усиления которого в лучших промышленных образцах ОУ
достигает значений 100… 120 дБ (105…106).
35. Между общей шиной и каждым входом ОУ действуют синфазные
сигналы, которые в большинстве случаев применения ОУ являются помехами,
коэффициент ослабления которых в лучших промышленных образцах ОУ
достигает значений 100… 120 дБ (105…106).
36. Полоса пропускания ОУ в схеме инвертирующего усилителя
определяется по уровню 0,707 амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) или
(в децибелах) 20lg(0,707) = – 3 дБ.
37. Преимущества применения микроконтроллеров (МК) в системах
управления: повышение технико-экономических показателей изделий (стоимость,
надежность, потребляемая мощность, габаритные размеры), сокращение сроков
их разработки и придания им принципиально новых потребительских качеств
(расширение функциональных возможностей, модифицируемость, адаптивность и
т. п.).
38. Типичная архитектура процессорного ядра МК: регистр-регистровая или
RISC (Reduced Instruction Set Computer — компьютер с сокращенным набором
команд), отличающаяся повышенным быстродействием.
39. Типичная архитектура организации памяти МК — гарвардская:
предполагает раздельное использование памяти программ и данных, что
позволяет микропроцессору (МП) работать одновременно как с памятью
программ, так и с памятью данных, и тем самым увеличить производительность.
40. Критерии выбора МК: пригодность выбранного МК для решения
поставленной задачи с учетом разрядности (8, 16, 32) и производительности
(0,1… 200 MIPS), количества портов ввода/вывода (I/O), объема ОЗУ (RAM), ПЗУ
(ROM), наличия часов реального времени; доступность: наличие МК в
достаточных количествах, перспективы поставок в будущем, совместимость с
МК, находящихся в стадии разработки; поддержка разработок: наличие
программных (ассемблеры; компиляторы, симуляторы) и аппаратных средств
поддержки (программаторы, эмуляторы, отладочные и оценочные модули);
информационная поддержка: примеры применения и исходных текстов программ,
квалифицированная консультация, виды связи с поставщиком и разработчиком,
наличие научно-технической литературы на русском языке.
41. AVR микроконтроллеры компании Atmel (США). Звучная аббревиатура
55
AVR, пестрящая в заголовках многочисленных русскоязычных книг по 8разрядным МК фирмы Atmel и отсутствующая в официальных обозначениях
таких МК, связана с именами двух студентов университета из 150-тысячного
норвежского города Тронхейм Альфа Богена (Alf-Egil Bogen) и Вегарда Воллена
(Vegard Wollen), которые разработали одну из самых удачных архитектуру МК и
в 1995 году предложили ее корпорации Atmel, известной своими «ноу-хау» в
области Flash-памяти. Идея настолько понравилась руководству Atmel, что было
принято решение незамедлительно инвестировать предлагаемый проект, в
результате чего в 1996 году в Тронхейме был основан исследовательский центр
Atmel, а во второй половине 1997-го корпорация приступила к серийному
производству нового семейства МК, к их рекламной и технической поддержке.
42. Состав и назначение процессорного ядра AVR-МК: регистры общего
назначения (РОН), арифметико-логическое устройства (АЛУ) и регистры
управления; принимает из памяти программ коды команд и после декодирования
выполняет их.
43. Память программ Flash ROM AVR-МК служит для хранения кодов
команд управляющей программы МК; допускает многократное (около 10 тыс.)
внутрисхемное стирание и запись информации с помощью SPI-интерфейса
непосредственно в целевом изделии без извлечения из него МК.
44. Энергонезависимая память EEPROM AVR-МК используется для
долговременного хранения различной информации (промежуточные данные,
константы, коэффициенты), которая может изменяться в процессе
функционирования МК-системы; исходные данные загружаются в EEPROM через
SPI-интерфейс; число циклов стирание/запись составляет не менее 100 тысяч.
45. ОЗУ статического типа (Static RAM, SRAM) AVR-МК служит для
хранения переменных управляющей программ; для большинства МК здесь
располагается также стек.
46. Тактовый генератор AVR-МК определяет скорость работы МК и
синхронизацию всех его функциональных узлов.
47. Последовательный порт AVR-МК — аналог COM-порта настольного ПК
— служит для обмена данными с внешними устройствами, включая ПК, по
двухпроводной линии связи.
48. Порты ввода/вывода AVR-МК имеют от 3 до 53 независимых линий
вход/выход, каждая из которых может быть запрограммирована на вход или
выход с общей нагрузочной способностью до 40 мА, что позволяет подключать
непосредственно к МК светодиоды и биполярные транзисторы.
49. Таймер-счетчик общего назначения AVR-МК предназначен для
формирования запроса прерывания по истечении заданного интервала времени
(режим таймера) или накопления заданного числа событий (режим счетчика).
50. Сторожевой таймер AVR-МК предназначен для ликвидации последствий
сбоя в ходе выполнения программы путем перезапуска МК.
51. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) AVR-МК содержит базовый
10-разрядный АЦП и регистры управления; для обслуживания нескольких
датчиков, подключенных к соответствующим портам ввода/вывода, используется
аналоговый мультиплексор (коммутатор) для подключения в заданной
56
последовательности одного из датчиков ко входу базового АЦП.
52. Программные средства поддержки разработок на базе AVR-МК:
бесплатная программа AVR Studio с поддержкой всех аппаратных отладочных
средств, выпускаемых компанией Atmel и сторонними организациями.
53. Аппаратные средства поддержки разработок на базе AVR-МК:
внутрисхемные программматоры (In-System Programmers); стартовые наборы
разработчика (Starter Kits); внутрисхемные эмуляторы (In-Circuit Emulators);
специализированные наборы.
57