Основы электротехники и электроники

Лекционный курс “Основы электротехники и электроники ”
РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, кафедра физики, осенний семестр, 2003 г.
В курсе рассматриваются основные современные электрические устройства и
машины, полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы. Излагаются принципы
построения и методы расчета основных электрических устройств, схем радиоэлектроники,
автоматики и вычислительной техники.
Содержание курса базируется на знаниях, приобретенных при изучении общенаучных
и специальных дисциплин: общей физики, высшей математики и др.
Введение. Современный этап развития электротехники и электроники. Тенденции и
перспективы развития. Основные положения. Пояснение применяемых величин и
обозначений. Современная электротехника и электроника в нефтяном и газовом комплексе.
РАЗДЕЛ 1. Электрические цепи.
Электрические цепи постоянного тока. Законы Кирхгофа. Режимы работы
электрических цепей. Нелинейные элементы электрических цепей.
Электрические цепи однофазного переменного тока. Действующие и средние
значения. Комплексный метод расчета. Электрические цепи с активными и реактивными
элементами. Треугольник напряжений и сопротивлений. Резонанс. Повышение
коэффициента мощности. Поверхностный эффект в проводниках.
Электрические трехфазные цепи. Получение трехфазной системы. Соединения
генератора и фаз приемника звездой и треугольником. Мощность трехфазной системы.
РАЗДЕЛ 2. Электрические устройства и машины.
Трансформатор. Устройство принцип действия и характеристики. Режим холостого
хода.
Короткое
замыкание
трансформатора.
Трехфазные
трансформаторы.
Автотрансформаторы.
Электрические машины постоянного тока. Генератор и электродвигатель постоянного
тока. Двигатели параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.
Асинхронные машины. Синхронные машины. Аппараты управления, защиты и
автоматики. Электрические измерения и приборы. Основные понятия об электроприводе и
энергоснабжении. Основы электробезопасности на объектах нефтегазового комплекса.
РАЗДЕЛ 3. Основные элементы электронных устройств.
Пассивные цепи. Делители напряжений. Простейшие RC-цепи и LC-цепи. Фильтры
нижних и верхних частот. Полосовые фильтры.
Полупроводниковые приборы. Диоды. Вольтамперная характеристика. Параметры
диодов. Разновидности диодов. Динамический режим работы диода.
Биполярные транзисторы. Структура и основные режимы работы. Статические
параметры. Статические характеристики. Работа на малом переменном сигнале.
Малосигнальные параметры. Частотные свойства транзисторов. Типы биполярных
транзисторов и маркировка.
Полевые транзисторы. Транзисторы с управляющим p-n переходом. Статические и
динамические параметры. Полевой транзистор с изолированным затвором. Его
характеристики и основные параметры.
Оптоэлектронные приборы. Другие типы полупроводниковых приборов.
Полупроводниковые приборы как элементы интегральных микросхем. Задачи
микроэлектроники. Классификация интегральных микросхем. Миниатюризация устройств
как способ увеличения контролируемых параметров при исследованиях.
РАЗДЕЛ 4. Аналоговые устройства и их применение.
Источники питания. Выпрямители. Стабилизаторы напряжения и тока. Схема
“токового зеркала”.
Общие сведения об усилителях. Виды усилителей. Основные параметры усилителей.
Переходные процессы в усилителях. Дифференциальный усилитель. Эмиттерный
повторитель. Каскодная схема. Компламентарный эмиттерный повторитель. Схема
Дарлингтона.
Усилители мощности. Многокаскадные усилители. Избирательные усилители.
Широкополосные усилители. Специальные усилители. Обратная связь в усилителях. Виды
обратной связи. Влияние обратной связи на параметры усилителя. Усилители на
интегральных микросхемах. Внутренняя структура. Основные параметры. Коррекция
частотной характеристики.
Операционный усилитель (ОУ). Типы ОУ и их характеристики. Применение ОУ неинвертирующий и инвертирующий усилители, схемы суммирования, вычитания,
интегрирования, дифференцирования и др.
Генераторы сигналов. Мультивибратор. Ждущий мультивибратор. Функциональные
генераторы. Кварцевые генераторы.
РАЗДЕЛ 5. Цифровые устройства и дискретные сигналы.
Транзисторный ключ. Логические элементы. Особенности строения ТТЛ-, ТТЛШ-,
ЭСТЛ-, МОП- и КМОП- логических элементов. Базовые логические элементы и построение
на их основе логических схем. Триггеры. Основные параметры. RS-, D-, MS-, JK- триггеры.
Счетчики импульсов. Регистры.
Комбинационные логические схемы. Преобразователи кодов. Мультиплексор и
демультиплексор. Шифратор и дешифратор. Компаратор, сумматор, умножитель и др.
Цифро-аналоговые и аналогово-цифровые преобразователи.
РАЗДЕЛ 6. Основы автоматизации и телемеханики.
Передача данных. Соединительные линии. Защита данных. Измерительные схемы.
Устройства индикации. Электронные регуляторы. Типы регуляторов. Управление
нелинейными объектами. Отслеживающая синхронизация (автоподстройка).
Микропроцессор. Принцип работы и набор команд. Микропроцессоры различных
типов. Основная структура микро-ЭВМ. Персональный компьютер. Периферийные
устройства. Управление и контроль объектами при помощи компьютера.
Автоматизация и телемеханика как способ оперативного контроля и управления
объектами нефтяного и газового комплекса.
ЛИТЕРАТУРА.
1. И.И. Иванов, В.С. Равдоник. Электротехника. - М.: Высш. шк., 1984.
2. У. Титце, К. Шенк. Полупроводниковая схемотехника. - М.: Мир, 1982.
3. И.П. Степаненко. Основы микроэлектроники. - М.: Советское радио, 1980.
Дополнительная литература.
1. В.Л. Шило. Популярные цифровые микросхемы. - М.: Радио и связь, 1989.
2. П. Хоровиц, У. Хиля. Искусство схемотехники. - М.: Мир, 1983.
3. Б.И. Горошков. Радиоэлектронные устройства. - М.: Радио и связь, 1984.
4. Справочник радиолюбителя-конструктора. - М.: Энергия, 1978.
5. Р.А. Скворень. Электроника шаг за шагом. - М.: Дет. лит., 1979.
6. Д.В. Игумнов, Г.В. Королев, И.С. Громов. Основы микроэлектроники. - М.: Высш. шк., 1991.