Конспект лекцій

з дисципліни	Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка
для студентів	ІІ курсу
напряму	6.050502	Інженерна механіка (за професійним спрямуванням «Технологія машинобудування»)
	6.050503	Машинобудування (за професійним спрямуванням „Обладнання легкої промисловості та побутового обслуговування ")
		Машинобудування (за професійним спрямуванням „Обладнання хімічних виробництв і підприємств будівельних матеріалів ")
галузі знань	6.0505	Машинобудування
факультету		Машинобудування

Херсон – 2013 р.

Конспект лекцій з дисципліни Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка для студентів факультету машинобудування.

Укладач: старший викладач Дон Н.Л.

Кількість сторінок: 228.

Затверджено

на засіданні кафедри енергетики та електротехніки

Протокол № 7 від 22.02.2013р.

Завідувач кафедри Баганов Є.О.

Зміст

Лекція 1. Вступ. Основні поняття і співвідношення в електричних колах. 8

Зміст і структура дисципліни. 8

Прості кола постійного струму. 10

Електричні схеми, елементи схем. 10

Розглянемо ділянку кола 1 – 2. 12

Закон Ома для ділянки кола. 12

Напруга на клемах джерела. 13

Енергетичні співвідношення. Закон Джоуля–Ленца. Баланс потужностей. 14

Лекція 2. Режими роботи електричних кіл. Розрахунок кіл постійного струму. 16

Режими роботи електричних кіл. 16

Режими холостого ходу і короткого замикання. 17

Точки характерних режимів на зовнішній характеристиці джерела. 18

Джерело ЕРС та джерело струму. 18

Розрахунок кіл постійного струму. 19

Способи з’єднання споживачів. 19

З’єднання елементів живлення. 20

Розрахунок простих кіл електричного струму. 22

Розрахунок складних кіл. 23

Лекція 3. Методи розрахунку складних електричних кіл. 26

Розрахунок складних кіл постійного струму. 26

Використання законів Кірхгофа для розрахунку складних кіл. 26

Метод суперпозиції. 28

Метод контурних струмів. 28

Метод вузлових напруг. 29

Зауваження щодо аналогій з фізичними системами іншої природи. 31

Метод еквівалентного генератора. 31

Лекція 4. Нелінійні опори та перехідні процеси. 33

Нелінійні опори в колах постійного струму. 33

Основні поняття. 33

Графічний метод розрахунку простих кіл з нелінійними опорами. 33

Перехідні процеси в електричних колах. 36

Закони комутації 36

Загальні принципи аналізу перехідних процесів. 36

Лекція 5. Основні поняття змінного струму. 38

Змінний струм.. 38

Передмова. 38

Основні поняття. 38

Діюче (ефективне, середньоквадратичне) значення. 40

Середнє значення змінного струму. 40

Зображення синусоїдальних величин векторами. 41

Векторна діаграма. 41

Елементи кіл змінного струму. 42

Символічний метод. 45

Нагадування про комплексні числа. 45

Уявлення параметрів електричного змінного струму через комплексні числа. 47

Лекція 6. Аналіз кіл синусоїдального струму. 48

Розрахунок кіл синусоїдального струму. 48

Закони Кірхгофа. 48

Опір і провідність в комплексній формі. 49

Активна, реактивна і повна потужність. 50

Розрахунок складних кіл змінного струму. 50

Значення cos j. 50

Лекція 7. Електричні коливання. 52

Аналіз електричного стану розгалужених кіл. 52

Коливальний контур. 52

Резонанс напруг. 53

Резонанс струмів. 55

Лекція 8. Трифазні кола. 57

Трифазна система ЕРС. 57

Передмова. 57

Устрій генератора трифазного струму. 57

Основні схеми з’єднання в трифазних колах. 59

З’єднання за схемою «зірка». 59

Потужність трифазного кола. 62

Розрахунок трифазного кола. 62

Методика розрахунку з використанням комплексних чисел. 64

З’єднання за схемою “трикутник”. 66

Комбінації з’єднань фаз джерела і споживача. 69

Лекція 9. Трансформатори. 72

Трансформатори. 72

Трансформатори. Призначення та область використання. 72

Устрій однофазного трансформатора. 72

Режими роботи трансформатора. 73

Холостий хід трансформатора. 73

Навантажений режим трансформатора. 75

Схеми заміщення. 77

Лекція 10. Особливості використання трансформаторів. 80

q Устрій трифазного трансформатора. 80

· Автотрансформатори. 80

Приклад використання схеми заміщення для спрощення розрахунків. 80

Зміна вторинної напруги трансформатора. 81

Трифазні трансформатори. 81

Устрій трифазного трансформатора. 81

Групи з'єднання обмоток трифазного трансформатора. 82

Навантажувальна здатність трансформатора. 84

Номінальні параметри трансформатора. 84

Коефіцієнт корисної дії (к.к.д.) трансформатора. 85

Автотрансформатори. 86

Лекція 11. Асинхронні електричні машини. 88

q Принцип дії асинхронної машини. 88

Електричні машини. 88

Асинхронні машини. 88

Принцип дії асинхронної машини. 88

Магнітне поле, що обертається. 89

Режими роботи асинхронної машини. 91

Конструкція ротора. 91

Механічні характеристики асинхронного двигуна. 92

Баланс активних потужностей асинхронного двигуна. 93

Асинхронний лінійний двигун (ЛАД). 93

Однофазний асинхронний двигун. 94

Лекція 12. Синхронні генератори. 96

· Робочий процес синхронного генератора. 96

Устрій і принцип дії синхронних генераторів. 96

Основні частини синхронної машини. 96

Отримання синусоїдальної ЕРС. 96

Багатополюсні генератори. 97

Робочий процес синхронного генератора. 98

Холостий хід. 98

Реакція якоря. 99

Зовнішня і регулювальна характеристики. 100

Синхронний двигун. 101

Принцип роботи синхронного двигуна. 102

Лекція 13. Машини постійного струму. 104

Машини постійного струму. 104

Устрій та принцип дії генератора постійного струму. 104

Статор машини постійного струму складається зі станини і осердя. Станину виготовляють з маловуглецевої литої сталі, яка має значну магнітну проникність. Тому станина є також і магнітопроводом. Одночасно це основна деталь, що об’єднує інші деталі й складальні одиниці машини в єдине ціле. Так, до станини із середини прикріплюють болтами полюси, котрі складаються з осердя, полюсного наконечника і котушки. 105

Магнітна система. 105

ЕРС генератора. 107

Збудження генератора. 108

На рисунку представлена електрична схема генератора постійною струму з незалежним збудженням. Обмотка збудження живиться струмом, що отримується від стороннього джерела, наприклад від акумуляторної батареї. Струм збудження I_зб в цій схемі не залежить від умов роботи генератора. 108

Генератор з паралельним збудженням. 108

Реакція якоря. 109

Комутація. 110

Зовнішня характеристика. 111

Виникнення електромагнітного обертаючого моменту. 111

Лекція 14. Вступ до електроніки. Напівпровідники. 113

Вступ до розділу «Електроніка». 113

Електричні властивості напівпровідників. 114

Уявлення про основи зонної теорії твердого тіла. 114

Власна провідність. 116

Домішкова провідність. 116

Властивості p-n переходу. 117

Лекція 15. Використання властивостей електронно-діркового переходу. 119

Напівпровідниковий діод і його застосування. 119

Напівпровідниковий діод. 119

Сфера застосування напівпровідникових діодів розширилася настільки, що практично важко назвати той або інший вузол електронної апаратури, в якому б не використовувалися ці різноманітні за своїм призначенням напівпровідникові прилади. Зокрема, спрямляючі діоди використовуються в таких широко поширених пристроях, як спрямовувачі змінного струму, що забезпечують електроживленням переважну більшість сучасних електронних схем (рис. 1). Широке поширення в сучасній напівпровідниковій техніці отримали кремнієвістабілітрони, призначені для стабілізації напруги (рис. 2), варикапи, у яких ємність p-n переходу змінюється при зміні підведеної до них напруги (рис. 3), тунельні діоди (що мають на вольт-амперній характеристиці ділянку з від’ємним опором) (рис. 4), швидкодіючі імпульсні діоди(для роботи всхемах з імпульсами мікросекундного і наносекундного діапазону), різноманітні діоди надвисокогочастотного (СВЧ) діапазону (для роботи якмодуляторів, змішувачів, дільників і множників частоти), фотодіоди, які реагують на світлове опромінення (рис. 5), світло діоди, призначені для безпосереднього перетворення електричної енергії в енергію світлового випромінення (рис. 6). Умовні графічні позначення напівпровідникових діодів: 119

Спрямляючі діоди. 120

Схеми спрямовувачів. 121

Стабілітрони. 125

Варикап. 126

Тунельний та інші види діодів. 126

Лекція 16. Транзистори. 129

Класи транзисторів. 129

Устрій та принцип дії біполярного транзистора. 129

Режими роботи біполярного транзистора. 132

Способи включення та характеристики схем включення. 132

І _Е + D І _Е = І _К + D І _К + І _Б + D І _Б. 134

R _вх = D U _вх / D І _вх = D U _вх / D І _Е» r _Е. 134

К _І» D І _К / D І _Е» a = 0,95 ¸ 0,99 (U _КБ = const). 134

Коефіцієнт підсилення за напругою визначається за формулою.. 134

К _U = D U _вих / D U _вх » (D І _К · R _н) / (D І _Е· R _вх) = (aD І _Е /D І _Е)×(R _н / r _Е) = a × R _н / r _Е. 134

Коефіцієнт підсилення за потужністю: 134

R _вх = D U _вх / D І _вх = D U _вх / D І _Б >> D U _вх / D І _Е. 135

К _І» D І _К / D І _Б = D І _К / (D І _Е – D І _Б)» a / (1 – a)» b >> 1. 135

Коефіцієнт підсилення за напругою: 135

К _U = D U _вих / D U _вх = D U _КЕ / | D U _ЕБ |» b × R _н / r _Е, 135

Коефіцієнт підсилення за потужністю дорівнює добутку коефіцієнтів: 135

К _П = К _І К _U = b² × R _н / r _Е. 135

Вхідний опір визначається формулою.. 135

R _вх = D U _ЕБ / D І _Б = D І _Е× r _Е / D І _Б» b × r _Е. 135

К _І» D І _Е / D І _Б = D І _Е / (D І _Е – D І _К) = D І _Е / (D І _Е – a D І _Е) = a / (1 – a) = b + 1» b. 135

Статичні і динамічні характеристики схем включення. 135

U _КЕ = Е _К – І _К R _н. 138

Хрест-характеристика транзистора. 139

Лекція 17. Підсилювачі. 141

Підсилювачі. 141

Характеристики підсилювачів. 143

Зворотний зв'язок. 144

Електронний генератор синусоїдальних електричних коливань. 144

Лекція 18. МП – нові масові засоби цифрової техніки. 146

· Вступ до модуля “Мікропроцесорна техніка”. 146

· МП – нові масові засоби цифрової техніки на основі великих інтегральних схем. 146

Вступ до модуля “Мікропроцесорна техніка”. 146

Уявлення про мікропроцесорні засоби. 148

Типова структура мікропроцесорного пристрою.. 149

Лекція 19. Арифметичні основи мікропроцесорних систем. 152

Системи числення. 152

Загальні відомості про уявлення інформації в МП-системах. 153

Кодування чисел в МП-системах. 158

Лекція 20. Логічні основи МП-систем. 162

Елементи алгебри логіки. 162

Логічні операції 162

Логічні елементи МП-систем.. 165

За способом кодування двійкових змінних електронними сигналами електронні елементи можуть бути імпульсними, потенціальними, імпульсно-потенціальними, фазовими. 165

Лекція 21. Схемна реалізація логічних елементів. 167

Лекція 22. Тригери. 176

Тригерний пристрій та його схемна реалізація. 176

Коментар. 177

Типи тригерів за способом функціонування. 177

Синхронний однотактний RS–тригер. 178

Коментар. 179

Синхронний двотактний RS–тригер. 179

Т–тригер. 180

D–тригер. 181

JK–тригер. 181

Коментар. 182

Лекція 23. Регістри. 183

Регістр як вузол МП-системи. Призначення та класифікація. 183

Регістри прийому і передачі інформації. 183

Приклади схемної реалізації зсуваючого регістру. 185

Лекція 24. Виконання порозрядних логічних операцій при передачі інформації між регістрами. 188

· Виконання порозрядних операцій «логічне додавання», «логічне множення». 188

Реалізація порозрядних операцій в регістрах. 188

Виконання порозрядних операцій «логічне додавання», «логічне множення». 188

Виконання порозрядної операції «складання за mod 2». 189

Лекція 25 Лічильники. 190

Лічильник як вузол МП-системи. Призначення та класифікація. 190

Лічильник з безпосередніми зв’язками з послідовним переносом. 191

Лічильник з паралельним переносом. 192

Реверсивний лічильник з послідовним переносом. 193

Лекція 26. Схеми дешифраторів. 195

Дешифратори. Класифікація. 195

Лекція 27. Шифратори, мультиплексори та демультиплексори. 199

Шифратори і перетворювачі кодів. 199

Мультиплексори. 200

Демультиплексор. 201

Лекція 28. Суматор. 202

Суматор як вузол МП-системи. Призначення та класифікація. 202

Однорозрядний комбінаційний суматор. 202

Однорозрядний накопичуючий суматор. 204

Багаторозрядні суматори. 205

Лекція 29. Пам’ять мікропроцесорних систем. 206

· Запам’ятовуючі пристрої мікропроцесорних систем. 206

· Оперативні запам’ятовуючі пристрої. 206

Запам’ятовуючі пристрої мікропроцесорних систем.. 206

Оперативні запам’ятовуючі пристрої 207

Постійні запам’ятовуючі пристрої 209

Лекція 30. Мікропроцесор. 211

Типова структура мікропроцесора. 211

Основні сигнали процесора. 214

· А0¸А15 – виводи МП, які приєднуються до ША МП-системи; 215

· D0¸D7 – двонапрямлені виводи МП, які приєднуються до ШД МП-системи; 215

· INT – сигнал ЗАПИТ ПЕРЕРИВАННЯ, що аналізується при виконанні поточної команди; 215

Лекція 31. Мікропроцесорні системи. 217

Особливості побудови МП-систем.. 217

Мікропроцесорні засоби в системах керування. 218

Лекція 32. Перетворювачі сигналів. 221

Принцип перетворення напруги в цифровий код. 221

Аналого-цифрові перетворювачі (АЦП). 222

Перетворювачі напруги в код. 222

Перетворювачі кута повороту в код. 223

Цифрово-аналогові перетворювачі. 225

Перетворювач коду в напругу. 226

Перетворювач коду в кут повороту. 226

Література. 228

Дата добавления: 2014-11-29