УМК Электроника и электротехника

Автономная некоммерческая организация
высшего профессионального образования
«СМОЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ ОБРАЗОВАНИЯ»
Факультет информационных технологий
Кафедра ВТИТИБ
СОГЛАСОВАНО
Начальник УМУ
__________________ (Н.Л Михайлов.)
«____»__________ 20___ г.
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по УР
_______________ (А.П. Шарухин)
«____»________ 20___г.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
ЕН.В1. Электротехника и электроника
Специальность 100101 «Сервис»
УМК составлен в соответствии с содержанием и требованиями Государственного
образовательного стандарта высшего профессионального образования
Утвержден на заседании кафедры ВТИТИБ
протокол № ____ от «__»_______2011 г.
Заведующий кафедрой ___________________________________О.А.Кононов
подпись, дата
Ф. И. О.
СОГЛАСОВАНО с учебно-методической комиссией специальности «Сервис»
«___» __________201 г
В. А. Хлюпин
Председатель УМКС
201_ г.
СОСТАВ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
ДИСЦИПЛИНЫ
В УМКД в качестве обязательных элементов входят:
- выписка из действующего государственного образовательного
стандарта высшего профессионального образования (ГОС ВПО) по
направлению подготовки (специальности), образовательная программа
которого (ой) включает данную учебную дисциплину;
- учебная (рабочая) программа дисциплины;
- методические рекомендации (материалы) преподавателям;
- методические указания (рекомендации) студентам по изучению
дисциплины;
- материалы, устанавливающие содержание и порядок проведения
промежуточных (текущих) и итоговой аттестаций по дисциплине.
2
Выписка из ГОС ВПО РФ
ЕН. В1
Электротехника и электроника
общее число часов: 180
Дисциплина «Электротехника и электроника» относится к дисциплинам
по выбору естественно-научного цикла.
3
АВТОНОМНАЯ НЕКОММЕРЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«СМОЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ
РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ ОБРАЗОВАНИЯ»
ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
ЕН.В1. Электротехника и электроника
Специальность 100101 «Сервис»
Специализация 100101-12 Автомобильный сервис
Утверждено на заседании
Совета факультета
(протокол №___ от __ _______20__)
Председатель совета
____________/
/
Санкт-Петербург
201_г.
4
Выдержка из ГОС ВПО РФ
ЕН. В1
Электротехника и электроника
общее число часов: 180
Дисциплина «Электротехника и электроника» относится к дисциплинам
по выбору естественно-научного цикла.
5
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
6
расчета, определять основные характеристики цепи и дать качественную
физическую трактовку полученным результатам.
иметь навыки:
в расчете цепей различными методами, определении основных
характеристик цепи и оценке качественной физической трактовке
полученных результатов.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы
ЧАСОВ
ВИД УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
ВСЕГО
180
Общая трудоёмкость дисциплины
88
Аудиторные занятия
44
Лекции
44
Практические занятия (ПЗ)
92
Самостоятельная работа
Вид итогового контроля (зачёт, экзамен)
ПО СЕМЕСТРАМ
II
III
90
44
22
22
46
90
44
22
22
46
зачет
4. 4. Содержание дисциплины
4.1.Разделы дисциплины и виды занятий
Количество часов
Аудиторные занятия
№
ДЕ
Наименование разделов и тем
1
2
1
2
3
Лекции
II-ый семестр
Тема 1. Электротехника.
Введение. Цели и задачи
курса
Тема 2. Линейные
электрические цепи
постоянного тока
Тема 3. Линейные
электрические цепи
однофазного
синусоидального тока
Самостоя
Практичес Лаборатор тельная
кие
ные занятия работа
занятия
3
4
5
6
22
22
46
4
2
4
2
2
6
2
7
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Тема 4. Трехфазные цепи
Тема 5. Понятие о
нелинейных цепях и
переходных процессах
Тема 6. Магнитные цепи и
трансформаторы
Тема 7. Асинхронные
машины
Тема 8. Машины
постоянного тока
Тема 9. Синхронные машины
III-ой семестр
Тема 10. Элементы
полупроводниковой
электроники
Тема 11. Усилители
Тема 12. Компараторы
Тема 13. Активные фильтры
Тема 14. Аналого-цифровые
и цифро-аналоговые
преобразователи
Тема 15. Таймеры
Тема 16. Логические и
цифровые устройства
Тема 17. Программируемые
аналоговые и цифровые
интегральные схемы
Тема 18. Источники
вторичного электропитания
Тема 19. Тенденции развития
Итого
2
2
8
4
2
4
2
4
4
2
4
6
2
2
6
2
22
4
22
8
46
2
6
2
2
2
2
2
2
4
4
4
2
4
6
2
2
2
2
4
6
4
4
6
2
2
6
44
2
92
2
44
8
ОБЪЕМ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВ ДИСЦИПЛИНЫ ПО ВИДАМ
УЧЕБНОЙ РАБОТЫ, ПО РАЗДЕЛАМ, ТЕМАМ И ВИДАМ ЗАНЯТИЙ
(для очно-заочной формы обучения)
ЧАСОВ
ВИД УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
ВСЕГО
180
Общая трудоёмкость дисциплины
54
Аудиторные занятия
26
Лекции
28
Практические занятия
126
Самостоятельная работа
Вид итогового контроля (зачёт, экзамен)
ПО СЕМЕСТРАМ
III
180
54
26
28
126
зачет
Количество часов
Аудиторные занятия
№
ДЕ
Практичес
кие занятия
Самостоя
тельная
работа
2
1
6
2
1
6
1
2
10
2
1
10
1
2
10
1
1
8
1
1
8
1
2
8
Наименование разделов и тем
Лекции
Тема 1. Электротехника.
Введение. Цели и задачи курса
Тема 2. Линейные
2 электрические цепи постоянного
тока
Тема 3. Линейные
электрические цепи
3
однофазного синусоидального
тока
4 Тема 4. Трехфазные цепи
Тема 5. Понятие о нелинейных
5
цепях и переходных процессах
Тема 6. Магнитные цепи и
6
трансформаторы
7 Тема 7. Асинхронные машины
Тема 8. Машины постоянного
8
тока
9 Тема 9. Синхронные машины
Тема 10. Элементы
10 полупроводниковой
электроники
11 Тема 11. Усилители
12 Тема 12. Компараторы
1
9
1
2
1
1
10
1
2
4
4
13 Тема 13. Активные фильтры
Тема 14. Аналого-цифровые и
14 цифро-аналоговые
преобразователи
15 Тема 15. Таймеры
Тема 16. Логические и
16
цифровые устройства
Тема 17. Программируемые
17 аналоговые и цифровые
интегральные схемы
Тема 18. Источники вторичного
18
электропитания
19 Тема 19. Тенденции развития
Итого
10
1
2
4
2
2
10
1
2
4
2
2
6
2
4
10
1
2
6
28
2
126
1
26
ОБЪЕМ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВ ДИСЦИПЛИНЫ ПО ВИДАМ
УЧЕБНОЙ РАБОТЫ, ПО РАЗДЕЛАМ, ТЕМАМ И ВИДАМ ЗАНЯТИЙ
(для заочной формы обучения)
ЧАСОВ
ВИД УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
ВСЕГО
180
Общая трудоёмкость дисциплины
14
Аудиторные занятия
8
Лекции
6
Практические занятия
166
Самостоятельная работа
Вид итогового контроля (зачёт, экзамен)
ПО СЕМЕСТРАМ
III
IV
88
4
4
92
10
4
6
82
84
зачет
Количество часов
Аудиторные занятия
№
ДЕ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Наименование разделов и тем
Лекции
Тема 1. Электротехника.
Введение. Цели и задачи курса
Тема 2. Линейные
электрические цепи постоянного
тока
Тема 3. Линейные
электрические цепи
однофазного синусоидального
тока
Тема 4. Трехфазные цепи
Тема 5. Понятие о нелинейных
цепях и переходных процессах
Тема 6. Магнитные цепи и
трансформаторы
Тема 7. Асинхронные машины
Тема 8. Машины постоянного
тока
Тема 9. Синхронные машины
11
Практичес
кие занятия
Самостоя
тельная
работа
4
6
2
2
6
10
20
8
2
2
10
10
10
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Тема 10. Элементы
полупроводниковой
электроники
Тема 11. Усилители
Тема 12. Компараторы
Тема 13. Активные фильтры
Тема 14. Аналого-цифровые и
цифро-аналоговые
преобразователи
Тема 15. Таймеры
Тема 16. Логические и
цифровые устройства
Тема 17. Программируемые
аналоговые и цифровые
интегральные схемы
Тема 18. Источники вторичного
электропитания
Тема 19. Тенденции развития
Итого
10
8
8
8
2
2
10
6
10
12
2
6
8
4
166
6
4.2 Содержание разделов дисциплины
II-ой семестр
Тема 1. Электротехника. Введение. Цели и задачи курса.
Электротехника, ее роль и значение в современном обществе, науке,
технике и производстве. Преимущества электрической энергии перед
другими видами энергии. Основные периоды развития.
Тема 2. Линейные электрические цепи постоянного тока.
Основные понятия. Определение электрической цепи, постоянного тока.
Источники, приемники, электрическая схема. Генерирующие устройства.
Режимы
работы
Топологические
генерирующих
компоненты
устройств.
электрических
Приемные
схем.
устройства.
Основные
законы
линейных электрических цепей. Законы Ома и Кирхгофа. Потенциальная
диаграмма. Работа и мощность электрического тока. Анализ режимов
электрических цепей постоянного тока с одним источником ЭДС
Условие преобразования. Последовательное соединение пассивных
12
элементов (резисторов). Последовательное соединение активных элементов.
Цепи с параллельным соединением резисторов. Смешанное соединение
резисторов. Преобразование треугольника сопротивлений в эквивалентную
звезду и обратно. Метод пропорциональных величин. Анализ электрических
цепей постоянного тока с несколькими источниками ЭДС методами
непосредственного применения законов Кирхгофа, контурных токов,
наложения, узлового напряжения и эквивалентного генератора. Проверка
правильности расчета электрической цепи. Баланс мощностей.
Тема 3. Линейные электрические цепи однофазного синусоидального
тока.
Основные определения. Преимущества электроэнергетики переменного
тока. Определение переменного тока, напряжения, ЭДС. Характеристики
синусоидально изменяющихся токов. Принцип получения синусоидальной
ЭДС. Способы изображения вектора на комплексной плоскости. Векторная
диаграмма.
Анализ однофазных цепей с последовательным соединением элементов
различного характера (цепь переменного тока с резистором, с идеальной
индуктивной катушкой, с идеальным конденсатором, реальная индуктивная
катушка, реальный конденсатор. Последовательное соединение R, L, C.
Резонанс напряжений).
Анализ однофазных цепей с параллельным соединением элементов
различного характера. Графо-аналитический метод расчета. Полная, активная
и реактивная проводимости. Представление реальной катушки и реального
конденсатора с помощью проводимостей. Параллельное соединение ветвей,
содержащих резистор, реальную индуктивную катушку и реальный
конденсатор. Резонанс токов. Смешанное соединение элементов различного
характера.
Тема 4. Трехфазные цепи.
Основные
определения.
Элементы
трехфазных
цепей.
Способы
изображения трехфазной симметричной системы ЭДС. Основные способы
13
соединения фаз источников и приемников.
Анализ режимов работы трехфазных цепей при соединении нагрузки по
схеме звезда. Симметричная и несимметричная нагрузка в трехпроводной и
четырехпроводной цепях.
Анализ режимов работы трехфазных цепей при соединении нагрузки
треугольником. Симметричная и несимметричная нагрузка. Измерение
мощности в трехфазных цепях.
Тема 5. Понятие о нелинейных цепях и переходных процессах.
Элементы нелинейных электрических цепей. Методы расчета нелинейных
цепей постоянного тока. Методы расчета нелинейных цепей переменного
тока. Причины возникновения переходных процессов и законы коммутации.
Понятие о методике расчета переходных процессов.
Тема 6. Магнитные цепи и трансформаторы.
Устройство и принцип действия
трансформатора. Классификация
трансформаторов. Уравнения электрического
и магнитного состояния
трансформатора.
Опыты холостого хода и короткого замыкания трансформатора. Потери
энергии и КПД трансформаторов. Понятие о трехфазном трансформаторе,
автотрансформаторе, измерительных трансформаторах.
Тема 7. Асинхронные машины.
Устройство асинхронных двигателей (АД). Возбуждение вращающегося
магнитного поля статора трехфазной системой токов. Факторы, влияющие на
скорость вращения магнитного поля статора.
Принцип
действия
трехфазных
асинхронных
машин.
Основные
уравнения АД. Энергетическая диаграмма и механическая характеристика
трехфазного АД. Влияние активного сопротивления обмотки ротора и
напряжения сети на механическую характеристику АД.
Тема 8. Машины постоянного тока.
Устройство МПТ, классификация. Принцип действия МПТ. Генераторы
постоянного тока (ГПТ) и их характеристики. Двигатели постоянного тока
14
(ДПТ) и их механические и рабочие характеристики.
Тема 9. Синхронные машины.
Назначение, устройство, принцип действия синхронных машин. Uобразные характеристики синхронного генератора (СГ) и синхронного
двигателя (СД). Пуск в ход СД. Синхронный компенсатор (СК).
III-ий семестр
Тема 10. Элементы полупроводниковой электроники.
Электропроводность полупроводников. Зонная теория твердых тел.
Собственные и примесные полупроводники. P-n переход. Классификация
полупроводниковых
приборов.
Полупроводниковые
резисторы.
Полупроводниковые диоды. Биполярные транзисторы. Типы, структурные
схемы, схемы включения с ОБ, ОЭ, ОК. Принцип работы, свойства, входные
и выходные характеристики, рабочая область.
Полевые транзисторы. Разновидности. Принцип работы полевого
транзистора с затвором в виде p-n перехода, характеристики, особенности.
Параметры полевых транзисторов.
Тиристоры.
Классификация.
Принцип
работы
управляемого
и
неуправляемого тиристора, характеристики.
Тема 11. Усилители.
Классификация усилителей. Структурная схема усилителя. Основные
характеристики усилителей. Линейные и нелинейные искажения. Влияние
обратных связей (ОС) на работу усилителей. Каскады с общим эмиттером
(ОЭ), общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ), их отличительные
особенности. Принцип работы усилителя на примере каскада с ОЭ.
Операционные усилители (ОУ). Схемотехника ОУ. Схемы включения.
Тема 12. Компараторы.
Общие
сведения
компаратор.
Принципы
Компараторы
с
о
компараторах.
построения
однополярным
Аналоговый
интегральных
питанием.
15
Скоростные
интегральный
компараторов.
компараторы.
Двухпороговый компаратор. Детектор пересечения нуля. Мультивибраторы.
Применение компаратора в качестве ОУ. Параметры компараторов.
Тема 13. Активные фильтры.
Активные электрические фильтры на ОУ. Основные понятия. Фильтры
нижних частот. Фильтры верхних частот. Полосовые фильтры. Полосноподавляющие фильтры. Реализация фильтров на операционных усилителях.
Реализация активных фильтров на основе метода переменных состояния.
Фазовые фильтры. Фильтры на переключаемых конденсаторах.
Тема 14. Аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи.
Аналого-цифровые
преобразователи
Последовательно-параллельные
(АЦП).
АЦП.
Параллельные
Последовательные
АЦП.
АЦП.
Интегрирующие АЦП. Сигма-дельта АЦП. Интерфейсы АЦП. Параметры
АЦП. Применение АЦП.
Цифроаналоговые
преобразователи
(ЦАП)
Параллельные
ЦАП.
Последовательные ЦАП. Сигма-дельта ЦАП. Интерфейсы цифроаналоговых
преобразователей. 5. Применение ЦАП. Параметры ЦАП.
Тема 15. Таймеры.
Аналоговые таймеры. Таймер NE555. Основные схемы включения
таймера. Типы интегральных таймеров. Основные параметры аналоговых
таймеров.
Тема 16. Логические и цифровые устройства.
Анализ основных логических операций. Классификация основных
логических
элементов.
Свойства
и
сравнительные
характеристики
современных интегральных схем и устройств.
Тема 17. Программируемые аналоговые и цифровые интегральные
схемы.
Современные
и
перспективные
БИС/СБИС
со
сложными
программируемыми и репрограммируемыми структурами (FPGA, FPAA, SoC
и другие).
Тема 18. Источники вторичного электропитания.
Неуправляемые выпрямители. Классификация. Структурная схема
16
выпрямителя,
назначение
функциональных
узлов.
Принцип
работы
выпрямителей различных типов, их свойства, временные диаграммы токов и
напряжений. Основные показатели выпрямителей. Сглаживающие фильтры.
Классификация, принцип работы различных типов сглаживающих фильтров,
свойства.
Параметрические,
линейные
и
импульсные
стабилизаторы
напряжения. Стабилизаторы тока.
Тема 19. Тенденции развития.
Основные
периоды
развития
Направления и перспективы развития.
17
электротехники
и
электроники.
4.3.
Рекомендуемые информационные источники.
4.3.1. 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. —
158 с.
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.: БХВПетербург, 2006. — С. 736..
3. Рекус Г. Г. Сборник задач и упражнений по электротехнике и основам
электроники:
учебное
пособие
для
студентов
вузов
по
неэлектротехническим специальностям /Г. Г. Рекус. А. И. Белоусов,
2002
4.3.2 Периодическая литература (журналы)
1. «Современная электроника». URL:www.soel.ru ;
2. «Компоненты и технологии»;
3. «Технологии в электронной промышленности».
4.3.3 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;
18
http://www.intuit.ru/catalog/informatics/;
http://www.electrosnab.ru;
http://www.efo.ru.
Программа составлена в соответствии с Государственным
образовательным стандартом высшего профессионального образования по
специальности 100101 «Сервис»
19
Лист согласования учебной программы дисциплины
Рабочую программу составили
к.т.н., доцент
О.А. Кононов
к.п.н., доцент
Ю.Я. Перевозник
Программа одобрена на заседании кафедры ВТИТИБ
«___» __________201 г., протокол №_________
Заведующий кафедрой
к.т.н. доцент
Программа
О.А Кононов
одобрена
методической
комиссией
факультета
информационных технологий СУРАО
«___» __________201 г
Председатель методической комиссии ФИТ
Ю.Я. Перевозник
Программа одобрена методической комиссией факультета сервиса
СУРАО
«___» __________201 г
Председатель методической комиссии ФС
В.А. Хлюпин
Программа согласована учебно- методическим управлением СУРАО
«___» __________201 г
Начальник УМУ
Н.Л. Михайлов
20
Дополнения и изменения в рабочей программе
на 201_ / 201_ учебный год
В рабочую программу вносятся следующие изменения:
Все изменения рабочей программы рассмотрены и одобрены на заседании
кафедры
"__"________201_ г.
Зав. кафедрой ____
_О.А.Кононов
Внесенные изменения согласованы:
«___» __________201 г
Председатель методической комиссии ФИТ
Председатель методической комиссии ФС
21
Ю.Я. Перевозник
В.А. Хлюпин
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 ,
22
рисунками).
Лабораторные занятия «венчают» проработку важнейших тем курса,
поэтому включают и теорию, и приобретение навыков экспериментального
исследования и освоения современных приборов, и умение обрабатывать
результаты, 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 коммуникативные навыки
обучающегося.
23
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
лекции
непосредственно
начинается
с
разработки
преподавателем структуры рабочего лекционного курса 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;
24
 Творческий характер;
 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;
25
–
Продумать: какие предложить методические советы по
самостоятельной работе студентов;
– Продумать: как лучше использовать мультимедиа, наглядные
пособия, поясняющие какие-то основные, принципиальные
положения лекции.
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,
26
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;
– 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.
27
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.
28
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
29
собственный взгляд на те или иные проблемы.
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 момент: взаимное приветствие преподавателя и
студентов, проверка отсутствующих, проверка внешнего 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;
30
–
изучение нового материала по теме:

организация внимания;

проблемная ситуация;

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 выполненной работы
каждым студентом.
31
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
32
конспектов, тезисов и рефератов.
Проверку выполненных заданий и тестов осуществляет преподаватель,
читающий дисциплину.
Итоговой формой контроля является зачет или экзамен.
33
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
34
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
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 nи р-типов. 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 n-р-n- и p-n-p-типов. Основные параметры транзисторов.
Условные графические изображения. Входные и выходные
характеристики
35
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. 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, вольтамперные 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
36
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
37
некоторых тем рефератов и докладов по рассматриваемой дисциплине
приведены в методических рекомендациях по выполнению самостоятельной
работы студентов.
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.
38
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 положительноэмоционального
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 работа студента - это особым образом
1.
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.
39
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.
40
ТРЕБОВАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ РЕФЕРАТА
1. оформление реферата аналогично оформлению курсовых работ
(титульный
лист,
аннотация,
содержание,
текст
реферата,
информационные источники, 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.
41
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.
42
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
q1, 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.
43
8. Диэлектрики или изоляторы (фарфор, резина, стекло, янтарь,
различные типы пластмасс) — тела, в которых все микроскопические заряды
связаны друг с 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.
44
15. Пондеромоторные силы (от латинских pondus (вес) и motus
(движение)) —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,
45
пропорциональной их произведению и обратно пропорциональной квадрату
расстояния r между ними.
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
46
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) 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
47
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.
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
48
«+» 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 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
49
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 =
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
RLC-цепи 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)
50
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
RLC-цепи равны, называется резонансом, т. е. условием возникновения
резонанса является равенство Х = 0 или L – 1/C = 0, откуда легко
получается известная 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
звезда-звезда с нулевым проводом; Y/Y — звезда-звезда; Y/ — звездатреугольник; /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
51
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 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
52
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
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
53
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 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)
в)
Рис. 1. Структура р-n—перехода
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 I o ,
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.
54
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, 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
55
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 биполярных тем, что управляющий р-n—переход работает в обратно
смещенном режиме, что обеспечивает высокое входное сопротивление (до
1012 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 nтипа, проводимость которого управляется электрическим полем затвора.
25. Полевые МДП-транзисторы характеризуются
повышенным
15
входным сопротивлением (до 10 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 МОПтранзисторах (комбинации из двух МОП-транзисторов с каналами разной
проводимости (n- и p-типа)); отличаются высокой экономичностью и
быстродействием.
29. Параметры наиболее часто используемого усилительного каскада с
56
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, 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.
57
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 AVR, пестрящая в заголовках многочисленных русскоязычных
книг по 8-разрядным 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 SPIинтерфейса 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
58
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 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.
59