Ekz voprosy po distsipline elektrotekhnika i elektronika (Автосохраненный)

Вопросы к экзамену по дисциплине «Электротехника и электроника»
Часть 1
1. Электромагнитное поле, параметры и законы.
Электромагнитное поле создается зарядами. Электромагнитное поле, особая
форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между
электрически заряженными частицами.
Параметры электромагнитного поля
Электрическое поле - создаётся неподвижными электрическими зарядами. Оказывает
силовое воздействие на неподвижные заряженные частицы.
Напряжённость электрического поля
;
;
Магнитное поле - создаётся движущимися эл. зарядами и намагниченными телами.
Оказывает силовое воздействие на движущийся электрический заряд, намагниченные
тела.

Напряжённость магнитного поля
;
.
Электромагнитное поле (в форме электромагнитных волн) создаётся ускоренно
движущимися электрическими зарядами, распространяется со скоростью света
,
в процессе распространения магнитное поле порождает электрическое и обратно. Частота
колебаний электромагнитных волн определяется и совпадает с частотой колебания
электрического заряда.

Для ЭМП характерен перенос массы и энергии, поле оказывает давление на
поглощающую поверхность.
Перенос энергии характеризуется интенсивностью излучения
, которая может
быть выражена через параметры электрического и магнитного полей (вектор УмоваПойнтинга)
.
Уравнения электромагнитного поля (уравнения Максвелла) – это основные
законы электромагнетизма, полностью описывающие все электромагнитные
явления в макромире: процессы излучения и приема, распространения радиоволн
как в свободном пространстве, так и в замкнутых системах.
2. Электрическая цепь (ЭЦ).
Электрической цепью называется совокупность устройств, предназначенных для
прохождения электрического тока. В общем случае цепь содержит источники
электрической энергии, приемники электрической энергии, измерительные
приборы, коммутационную аппаратуру и соединительные провода.
Элементы цепи и их электромагнитные свойства.
К идеализированным элементам относятся источник ЭДС, источник тока,
резистивный элемент, индуктивный и емкостной элементы. Активными
элементами считаются источники ЭДС и источники тока. К пассивным
элементам относятся резистивные элементы, индуктивные и емкостные
элементы.
Идеальные R, L, C элементы.
Для удобства анализа и расчета электрических цепей вводят в рассмотрение
такие элементы, которые при всех условиях обладают только одним параметром:
только сопротивлением, только индуктивностью, только емкостью. Они
называются идеальными. В природе таких элементов не существует, но есть
устройства, по своим свойствам близкие к идеальным. Реостат (резистор) при
низких частотах обладает практически только сопротивлением R, а
индуктивностью L и емкостью С этого устройства можно пренебречь. Катушка
индуктивности на замкнутом ферромагнитном сердечнике с малыми тепловыми
потерями в нем обладает на низких частотах практически только
индуктивностью L, а сопротивлением R и емкостью С такой катушки можно
пренебречь. Конденсатор с малыми внутренними тепловыми потерями обладает
практически только емкостью С, а его активной проводимостью G и
индуктивностью L можно пренебречь. Любое реальное электротехническое
устройство можно изобразить в виде электрической схемы, состоящей из
комбинации идеальных элементов и произвести его электрический расчет.
3. Параметры режима работы ЭЦ
Электрическая цепь в зависимости от значения сопротивления нагрузки R может работать
в различных характерных режимах:

номинальном;
Номинальный режим – это основной режим, на который рассчитана электрическая
цепь заводом-изготовителем по условиям длительной гарантированной работы.

согласованном;
Согласованным называется режим, при котором мощность, отдаваемая источником
или потребляемая приемником, достигает максимального значения. Это возможно
при определенном соотношении (согласовании) параметров электрической цепи,
откуда и вытекает название данного режима.

холостого хода;
Под режимом холостого хода понимается такой режим, при котором приемник
отключен от источника. При этом источник не отдает энергию во внешнюю цепь, а
приемник не потребляет ее.

короткого замыкания.
Режимом короткого замыкания называется режим, возникающий при соединении
между собой выводов источника, приемника или соединительных проводов, а
также иных элементов электрической цепи, между которыми имеется напряжение.
При этом сопротивление в месте соединения оказывается практически равным
нулю.
4. Законы ЭЦ
При анализе простых и сложных цепей широко используются законы Ома, Кирхгофа,
Джоуля Ленца, Фарадея, Ампера.
Существует 2 законы Ома:
1. Для участка цепи
2. Для полной цепи
Ток в участке цепи прямопропорционален напряжению на данном участке и обратно
пропорционален сопротивлению на данном участке:
илиU=I*R
Произведение тока участка цепи на величину сопротивления называют падением на
данном участке. Ток в электрической цепи прямопропорционален ЭДС источника и
обратно пропорционален сумме сопротивлений, которые состоят из внутреннего
сопротивления источника питания и внешнего.
Существует 2 закона Кирхгофа:
Первый закон Кирхгофаприменяется для узла электрической цепи (точки, где сходятся
три и более ветви). Формулируется он следующим образом: алгебраическая сумма токов,
сходящихся в узле, равна 0.
Второй закон Кирхгофасправедлив для контура электрической цепи (любого замкнутого
пути, образованного одной или более ветвями) и формулируется следующим образом:в
любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма падений
напряжений на участках цепи, входящих в этот контур, равна алгебраической сумме
ЭДС в нем:
Закон Джоуля-Ленцапозволяет определить количество тепловой энергии, которая
выделяется на сопротивлениеrпри протекании по нему электрического токаI.
Математическая запись этого закона имеет вид:
W=
Для характеристики скорости превращения электрической энергии в тепловую
используют мощность, выражение для которой можно получить из закона Джоуля-Ленца:
P=W/t=
r=
/r=UI
Закон электромагнитной индукции Фарадея устанавливает связь между
индуктированием ЭДС в электрических цепях и изменением магнитного потока,
пронизывающего поверхность, ограниченную контуром цепи, или индуктированием ЭДС
в проводнике при пересечении им магнитного поля. В соответствии с этим законом ЭДС,
индуктируемая в цепи при изменении магнитного потока Ф, проходящего через
поверхность, ограниченную контуром, равна скорости изменения магнитного потока,
взятой с отрицательным знаком:
E=-dФ/dt
5. Расчет линейных ЭЦ постоянного тока
6. Параметры синусоидального режима работы ЭЦ
7. Представление параметров синусоидального режима работы ЭЦ в форме
комплексных чисел
8. Представление R-, L-, C- параметров элементов схемы в форме комплексных
чисел
9. Расчет линейной ЭЦ в синусоидальном режиме
10. Расчет линейной ЭЦ в несинусоидальном периодическом режиме
11. Расчет переходных процессов в линейных ЭЦ
Переходный процесс– процесс, возникающий в электрической цепи при переходе
от одного установившегося режима к другому.
Переходный процесс возникает в электрической цепи в результате коммутаций.
Коммутации– действия, вызывающие переходный процесс в электрической цепи
отключение или включение источников, отдельных ветвей, изменение параметров цепи,
изменение фазы, частоты, амплитуды напряжения и тока и др.
12. Трехфазные ЭЦ и режимы их работы
Трехфазная цепь – это совокупность трех электрических цепей, в которых
действуют синусоидальные ЭДС, одинаковые
по амплитуде и частоте,
2π
сдвинутые по фазе одна от другой на угол
=120° и создаваемые общим
3
источником энергии.
При работе трехфазных цепей различают симметричные и несимметричные режимы
работы. При симметричном режиме работы сопротивления фаз приемника должны
иметь одинаковую величину и одинаковый характер (например, чисто активный или
активно–индуктивный с одинаковыми коэффициентами мощности и т. д.).
При несимметричном режиме работы сопротивление фаз приемника могут отличаться
как по величине, но отличаются по характеру. Такая нагрузка называется равномерноразнородная.
13. Характеристики и параметр нелинейных элементов.
Нелинейный элемент это элемент электрической цепи, параметры которого
зависят от определяющих их величин (сопротивление резистивного элемента от
тока и напряжения, ёмкость емкостного элемента от заряда и напряжения,
индуктивность индуктивного элемента от магнитного потока и электрического
тока).
Нелинейные индуктивные элементы
Типичными динамическими нелинейными элементами электрической цепи являются
катушки с сердечниками из ферромагнитных материалов – сплавов на основе металлов
группы железа или их оксидов – ферритов. Нелинейность таких элементов обусловлена
характеристикой намагничивания материала сердечника B(H).
Нелинейные емкостные элементы
Нелинейные емкостные элементы могут служить моделями конденсаторов,
диэлектрическая проницаемость e которых является функцией от напряженности
электрического поля E в диэлектрике. Такие емкостные элементы описываются
нелинейной вольт-кулоновой характеристикой – зависимостью заряда q от приложенного
напряжения u.
Нелинейные резисторы. Физические явления, обуславливающие нелинейную
(непропорциональную) связь между напряжением и током резистивных элементов, весьма
разнообразны. С точки зрения особенностей расчета режимов в цепях с такими
элементами можно привести следующую классификацию нелинейных резистивных
элементов и их характеристик.
Различают нелинейные резистивные элементы с симметричными (рис. 27.1, а) и
несимметричными (рис. 27.1, б) вольтамперными характеристиками. Первые имеют
одинаковые свойства при протекании тока в прямом и обратном направлениях и
описываются нечетно-симметричной характеристикой i(– u) = – i(u). Типичным для
элементов этой группу являются варисторы, характер проявления нелинейности которых
не зависит от полярности напряжения и тока. Вторые проявляют различные свойства при
протекании токов прямого и обратного направлений и имеют несимметричные
характеристики. К ним относятся диоды всех типов.
Нелинейные элементы характеризуются статическими (Rст, Lст, и Cст) и
дифференциальными (Rд, Lд, и Cд) параметрами.
Статические параметры нелинейного элемента определяются как отношение
ординаты выбранной точки характеристики к её абсциссе
параметры резистивного, индуктивного и емкостного элементов будут иметь
следующий вид:
u
ψ
q
Rст = i , Lст = i , Cст =u .
дифференциальные параметры нелинейного элемента определяются как
отношение малого приращения ординаты выбранной точки характеристики к
малому приращению её абсциссы.
дифференциальные параметры резистивного, индуктивного и емкостного элементов будут иметь следующий вид:
du
dψ
dq
Rдиф = di , Lдиф = di , Cдиф = du
14. Методы расчета нелинейных ЭЦ
система нелинейных уравнений может быть решена следующими методами:

графическими;
При использовании этих методов задача решается путем графических построений
на плоскости.

аналитическими;
Суть аналитического метода заключается в составлении и решении нелинейной
системы уравнений Кирхгофа.


графо-аналитическими;
итерационными.
Часть 2
1. Полупроводники. Собственная проводимость полупроводников
Полупроводники — это материалы, электрические свойства которых, в частности
электрическое сопротивление, могут быть изменены в довольно широком
диапазоне, в основном путем введения легирующих добавок, а также путем
нагревания, освещения и т.д.
2. Проводимость полупроводников p-и n – типов
3. Физические процессы в p-n - структуре в равновесном и неравновесных режимах
работы.
4. Вольтамперная характеристика (ВАХ) p-n структуры.
5. Устройство, принцип действия, параметры и характеристики (УПДПХ)
выпрямительного диода.
6. УПДПХ стабилитронов
7. УПДПХ фоторезисторов
8. УПДПХ фотодиодов
9. УПДПХ светодиодов
10. Устройство биполярных транзисторов (БПТ). Режимы их работы.
11. Включение БПТ по схеме с общим эмиттером (ОЭ)
12. Включение БПТ по схеме с общим коллектором ( ОК)
13. Включение БПТ по схеме с общей базой (ОБ)
14. Входная и выходная ВАХ БПТ при включении по схеме с ОЭ
15. Входная и выходная ВАХ БПТ при включении по схеме с ОБ
16. Параметры БПТ
17. Модель Эберса-Молла БПТ
18. Работа БПТ в режиме малого сигнала
19. Электрическая модель БПТ при работе в режиме малого сигнала
20. Устройство и принцип действия ПТ с управляющим p-n переходом
21. Проходная и выходная ВАХ ПТ с управляющим p-n переходом
22. Устройство и принцип действия ПТ МДП-типа
23. Проходная и выходная ВАХ ПТ МДП-типа с индуцированным (встроенным)
каналом
24. Характеристики и параметры стабилизаторов напряжения. Параметрический
стабилизатор.
25. Схема, принцип действия , параметры (СПДП) однофазного выпрямителя без
фильтра
26. СПДП однофазного выпрямителя с индуктивным фильтром
27. СПДП однофазного выпрямителя с емкостным фильтром
28. Виды, характеристики и параметры усилителей
29. СПДП простейшего усилителя постоянного тока
30. СПДП простейшего усилителя переменного тока
31. Обратная связь в усилителях. Их влияние на параметры усилителя
32. Структура и параметры операционных усилителей
33. Электронные устройства на основе операционного усилителя сигналов