УДК 621.38 (0 75.8)
ББК 31.2 Я73
Е74
Е74 П. В. Ермуратский, Г. П. Лычкина, Ю. Б. Минкин
Электротехника и электроника. Издание второе, исправленное– М.:
ДМК Пресс, 2017. – 416 с.: ил.
ISBN 978-5-97060-424-3
Учебник состоит из трёх частей: «Линейные электрические цепи»,
«Нелинейные электрические цепи, электроника», «Электромагнитные
и электромеханические устройства. Электрические измерения и
приборы».
Рассмотрены основные понятия теории электротехники и электроники.
Приведены анализ и методы расчета однофазных и трехфазных
электрических цепей; нелинейных и магнитных цепей; переходных
процессов в электрических цепях. Даны основы теории электрических
трансформаторов и электрических машин, их основные характеристики.
Рассмотрены элементная база современных электронных
устройств, усилители электрических сигналов, источники питания,
цифровые устройства и основы микропроцессорной техники.
Для студентов вузов неэлектротехнических специальностей, изучающих
дисциплину «Электротехника и электроника».
Учебник
ЕРМУРАТСКИЙ Петр Васильевич
ЛЫЧКИНА Галина Прохоровна
МИНКИН Юрий Борисович
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Главный редактор Мовчан Д. А.
dmkpress@gmail.com.ru
Корректор Синяева Г. И.
Верстка Паранская Н. В.
Печать офсетная. Усл. печ. л. 26. Тираж 100 экз.
© П.В. Ермуратский, Г.П. Лычкина, Ю.Б. Минкин., 2016
Дизайн обложки Мовчан А. Г.
Формат 60×88 1
/16
. Гарнитура «Ньютон».
ISBN 978-5-97060-424-3
© Оформление, издание, ДМК Пресс, 2017
Стр.3
Оглавление
Оглавление
Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Часть первая. ЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ
Глава первая. Линейные цепи постоянного тока
1 1 Электрическая цепь Характеристики и схемы замещения
источников и приёмников (потребителей) электрической энергии
1 2 Законы Ома и Кирхгофа для линейной цепи
1 3 Граф схемы
1 4 Структурные преобразования схем замещения линейных цепей
7
11
17
19
1 5 Рационализация составления и решения уравнений Кирхгофа:
методы контурных токов, узловых потенциалов, пропорциональных величин 24
1 6 Принципы суперпозиции, компенсации, взаимности
1 8 Двухполюсники
1 9 Принцип эквивалентного генератора (активного двухполюсника)
1 10 Мощность, развиваемая активным двухполюсником
1 11 Применение принципа эквивалентного генератора для анализа
цепей измерительных приборов
1 12 Четырёхполюсники Уравнения и схемы замещения
Глава вторая. ОДНОФАЗНЫЕ ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА
2 1 Общая характеристика цепей синусоидального тока
2 2 Структура цепи синусоидального тока
2 3 Гармонические функции и их представление в комплексной форме
2 4 Синусоидальный ток в резистивном элементе R
2 5 Синусоидальный ток в индуктивном элементе L
2 6 Синусоидальный ток в ёмкостном элементе С
2 7 Сводная таблица соотношений между параметрами в цепи синусоидального
тока с R, L, C элементами
2 8 Мощность в цепи синусоидального тока
2 9 Законы, принципы, методы анализа цепей синусоидального тока
в комплексной форме
2 10 Измерение тока, напряжения, мощности в цепях синусоидального тока
2 11 Последовательное соединение R, L, C элементов
2 12 Параллельное соединение R, L, C элементов
2 13 Схемы замещения реальных индуктивных катушек и конденсаторов
2 14 Резонансы напряжений и токов
2 15 Падение и потеря напряжения при передаче электроэнергии
2 16 Примеры анализа цепей синусоидального тока
Глава третья. ТРЁХФАЗНЫЕ ЦЕПИ
3 1 Трёхфазная цепь и ее элементы
30
34
35
39
40
43
52
53
57
61
63
66
69
69
73
74
75
78
80
82
87
88
94
99
99
3 2 Соединение фаз источников и приёмников звездой, четырёхпроводная линия 96
3 3 Соединение фаз источников и приёмников звездой, трёхпроводная линия
3 3 1 Симметричная нагрузка
411
Стр.412
Основы электротехники и электроники
3 3 2 Несимметричная нагрузка
3 4 Соединение фаз приёмника в трёхфазной цепи треугольником
3 5 Пример анализа трёхфазной цепи
3 6 Мощность в трёхфазной цепи
3 7 Защитное заземление и зануление в трёхфазной цепи
Глава четвертая. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ
4 1 Возникновение переходных процессов в электрических цепях
4 2 Решение уравнений, составленных по законам Ома и Кирхгофа
для переходных процессов
4 3 Переходные процессы при включении цепи с R, L элементами
4 4 Переходные процессы при замыкании цепи с R, L элементами
4 5 Переходные процессы при включении и отключении цепи
с R, С элементами
4 6 Переходные процессы в цепи с R, L, С элементами
Глава пятая. ЦЕПИ НЕСИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА
5 1 Несинусоидальные ЭДС, напряжения и токи
5 2 Математическое описание функций, несинусоидально зависящих
от времени (ЭДС, токов и напряжений)
5 3 Максимальные, действующие и средние значения несинусоидальных
периодических функций (напряжений, ЭДС и токов)
5 4 Высшие гармоники в трёхфазных цепях
Часть вторая. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ
Глава шестая. ДИОДЫ, ВЫПРЯМИТЕЛИ, СТАБИЛИЗАТОРЫ
6 1 Характеристики элементов и методы расчета нелинейных цепей
6 2 Полупроводниковые диоды
6 2 1 Физические основы работы полупроводниковых приборов, p-n переход
6 2 2 Полупроводниковый диод и его вольт-амперная характеристика
6 3 Выпрямители
6 3 1 Основные понятия и характеристики
6 3 2 Однополупериодный выпрямитель
6 3 3 Двухполупериодные выпрямители
6 3 3 1 Двухполупериодный мостовой выпрямитель
6 3 3 2 Двухполупериодный выпрямитель с выводом средней точки
трансформатора
6 3 4 Трёхфазный выпрямитель с выводом нейтрали
6 3 5 Трёхфазный мостовой выпрямитель
6 3 6 Сглаживание выпрямленного напряжения
6 3 6 1 Основные понятия о сглаживающих фильтрах
6 3 6 2 Ёмкостной фильтр
6 3 6 3 Индуктивный фильтр
6 3 6 4 LC-фильтр
6 3 7 Схемы выпрямления с умножением напряжения
6 3 8 Работа выпрямителя на встречный источник ЭДС
412
136
140
140
143
146
146
148
150
150
152
152
153
154
154
154
156
156
157
158
100
102
104
107
109
114
114
116
119
121
125
130
131
135
136
Стр.413
Оглавление
6 4 Управляемые источники напряжения
6 4 1 Тиристоры
6 4 2 Управляемые выпрямители
6 5 Стабилизаторы
6 5 1 Стабилитроны
6 5 2 Стабилизаторы напряжения
Глава седьмая. ТРАНЗИСТОРЫ И УСИЛИТЕЛИ
7 1 Характеристики нелинейных резистивных четырёхполюсников
7 2 Общая характеристика усилителей
7 3 Полевые и биполярные транзисторы, их характеристики и параметры
7 3 1 Полевые транзисторы
7 3 2 Общая характеристика биполярных транзисторов
7 3 3 Схемы включения транзисторов
7 3 4 Вольт-амперные характеристики транзистора,включенного
по схеме с общим эмиттером
7 3 5 Рабочая область на семействе характеристик транзистора
7 3 6 Рабочая точка транзистора
7 3 7 Дифференциальные параметры транзистора
7 3 8 Уравнения и схема замещения транзистора по переменному току
7 3 9 Определение h-параметров транзистора по вольт-амперным
характеристикам
7 4 Анализ работы и расчет параметров усилителя переменного напряжения
на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером
и коллекторной нагрузкой
7 4 1 Режим работы усилителя по постоянному току
, Rвых
7 4 3 Частотные характеристики усилителя
, Ku
7 7 Обратные связи в усилителях
7 7 1 Виды обратных связей в усилителях
7 7 2 Влияние последовательной отрицательной обратной связи
по напряжению на параметры усилителя
7 7 3 Эмиттерный повторитель
7 7 4 Температурная стабилизация
7 8 Усилители постоянного тока и операционные усилители
7 8 1 Усилители постоянного тока
7 8 2 Операционные усилители
7 9 Автогенераторы
Глава восьмая. ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
8 1 Интегральные микросхемы
8 2 Логические и цифровые элементы
7 4 2 Схема замещения усилителя по переменному току и расчет параметров
усилителя Rвх
7 5 Переходная и амплитудная характеристики усилителя
7 6 Усилители мощности
159
159
160
161
161
163
168
169
172
172
174
175
176
177
178
179
180
181
183
183
186
188
192
194
196
196
198
200
201
202
202
204
207
214
216
413
Стр.414
Основы электротехники и электроники
8 2 1 Логические элементы
8 2 2 Транзисторные ключи
8 2 3 Триггеры
8 2 4 Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП)
8 2 5 Аналого-цифровые преобразователи (АЦП)
8 3 Микропроцессоры и микроконтроллеры
8 3 1 Микропроцессор Основные понятия и определения
8 3 2 Классификация микропроцессоров
8 3 3 Архитектура и устройство микропроцессоров
8 3 3 1 Архитектура МП
8 3 3 2 Функциональные параметры МП
8 3 3 3 Предельные эксплуатационные параметры МП
8 3 3 4 Структура простейшего микропроцессора КР580ВМ80А
8 3 4 Принципы работы микропроцессора
8 3 4 1 Двоичная арифметика
8 3 4 2 Алгоритм работы микропроцессора КР580ВМ80А
8 3 4 3 Программная модель микропроцессора КР580ВМ80А
8 3 4 4 Режимы адресации микропроцессора КР580ВМ80А
8 3 4 5 Система команд микропроцессора КР580ВМ80А
8 3 4 6 Применение микропроцессоров
Часть третья. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ
Глава девятая. МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ
9 1 Ферромагнитные материалы и их характеристики
9 2 Магнитные цепи при постоянной МДС
254
257
9 3 Магнитные цепи при переменной МДС Эквивалентный синусоидальный ток 261
9 4 Магнитная цепь при действии постоянной и переменной МДС
9 5 Комплексная магнитная проницаемость и комплексная индуктивность
266
267
Глава десятая. ТРАНСФОРМАТОРЫ И ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
10 1 Однофазный трансформатор
10 1 1 Назначение трансформатора
10 1 2 Устройство трансформатора
10 1 3 Принцип действия трансформатора
10 1 4 Режимы работы трансформатора
10 1 5 Уравнения электрического и магнитного состояния трансформатора
10 1 6 Приведение параметров трансформатора и его схема замещения
10 1 7 Определение параметров схемы замещения трансформатора
10 1 8 Внешняя характеристика трансформатора
10 1 9 Потери и КПД трансформатора
10 1 10 Пример расчета трансформатора
10 2 Трёхфазные трансформаторы
10 2 1 Параллельная работа трансформаторов
10 3 Измерительные трансформаторы
414
270
270
271
272
274
276
278
281
282
284
285
287
290
290
217
220
223
225
226
227
227
228
230
230
231
233
233
237
237
240
242
245
246
249
Стр.415
Оглавление
10 4 Автотрансформатор
10 5 Электротермические установки
10 5 1 Классификация электротермических установок
10 5 2 Печи сопротивления
10 5 3 Трансформаторы для электротермических установок
10 5 4 Индукционные печи
10 5 5 Дуговые печи
10 5 6 Плазмотроны
Глава одиннадцатая. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
11 1 Общая характеристика электрических машин
11 2 Электрические машины переменного тока
11 2 1 Вращающееся магнитное поле ротора
11 2 2 Вращающееся магнитное поле статора
11 2 3 Результирующее магнитное поле
11 3 Асинхронные машины
11 3 1 Устройство трёхфазной асинхронной машины
11 3 2 Принцип действия асинхронного двигателя
11 3 3 Режимы работы асинхронной машины
11 3 4 Уравнения и схема замещения одной фазы асинхронной машины
11 3 5 Преобразование энергии в асинхронной машине
11 3 6 Механическая характеристика асинхронной машины
11 3 7 Способы пуска асинхронных двигателей
11 4 Синхронные машины
11 4 1 Устройство синхронной машины
11 4 2 Принцип действия синхронной машины
11 4 2 1 Синхронный двигатель
11 4 2 2 Синхронный генератор
11 4 3 Уравнения и схема замещения одной фазы синхронной машины
11 4 4 Векторные диаграммы синхронных машин
11 4 5 Момент синхронного двигателя
11 4 6 Схемы пуска
11 5 Машины постоянного тока
11 5 1 Устройство машин постоянного тока
11 5 2 Принцип действия генератора постоянного тока
11 5 3 Генератор постоянного тока
11 5 3 1 Генератор с независимым возбуждением
11 5 3 2 Генераторы с параллельным возбуждением
11 5 3 3 Генераторы со смешанным возбуждением
11 5 4 Двигатель постоянного тока
11 5 4 1 Двигатели с независимым возбуждением
11 5 4 2 Двигатели постоянного тока с параллельным, последовательным
и смешанным возбуждением
291
292
292
293
294
295
296
298
300
301
301
301
303
304
304
305
306
306
308
309
311
312
312
313
313
314
314
315
317
317
319
319
320
321
321
323
324
325
325
328
333
11 6 Сравнительные характеристики и области применения электрических машин 332
11 7 Выбор электрических двигателей
415
Стр.416
Основы электротехники и электроники
11 7 1 Общие положения
11 7 2 Нагрев и охлаждение двигателей
11 7 3 Режимы работы электрических двигателей
11 7 4 Выбор двигателя по мощности при продолжительном режиме работы
11 7 5 Выбор двигателя для повторно-кратковременного режима работы
11 7 6 Выбор двигателя для кратковременного режима работы
11 7 7 Единые серии асинхронных двигателей
Глава двенадцатая. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ
12 1 Измерительные приборы
12 1 1 Основные понятия и определения
12 1 2 Характеристики и параметры средств измерения
333
335
337
338
344
345
346
348
348
349
12 1 3 Условные обозначения, наносимые на шкалу измерительных приборов 352
12 1 4 Электромеханические измерительные преобразователи
12 2 Методы измерения
12 2 1 Измерение тока
12 2 2 Измерение напряжения
12 2 3 Измерение мощности и энергии
12 2 4 Прямые методы измерения сопротивления резистора
12 2 5 Компарирующие методы измерений
12 2 6 Резонансный метод измерения параметров катушек индуктивности
и конденсаторов
12 3 Цифровые измерительные приборы
12 3 1 Квантование и дискретизация непрерывных величин
12 3 2 Цифровые вольтметры
12 3 3 Цифровые мультиметры
12 3 4 Универсальный RLC-метр Agilent
12 3 5 Счетчики электрической энергии
12 3 6 Цифровые частотомеры
Приложения
Приложение 1 Буквенные обозначения и единицы основных величин
в электротехнике
Приложение 2 Физические законы и основные понятия
Приложение 3 Математические понятия, применяемые в электротехнике
Приложение 4 Маркировка полупроводниковых приборов
Приложение 5 Система обозначений ИМС
Приложение 6 Основные технические данные некоторых серийных асинхронных
электродвигателей общего применения
354
357
357
359
361
362
364
367
369
369
375
382
383
385
385
390
392
395
396
397
400
Список литературы.................................................................404
Предметный указатель ............................................................405
416
Стр.417