Предмет электротехника и электроника

Существует множество понятий, которые нельзя увидеть собственными глазами и потрогать руками. Наиболее ярким примером служит электротехника, состоящая из сложных схем и малопонятной терминологии. Поэтому очень многие просто отступают перед трудностями предстоящего изучения этой научно-технической дисциплины.

Получить знания в этой области помогут основы электротехники для начинающих, изложенные доступным языком. Подкрепленные историческими фактами и наглядными примерами, они становятся увлекательными и понятными даже для тех, кто впервые столкнулся с незнакомыми понятиями. Постепенно продвигаясь от простого к сложному, вполне возможно изучить представленные материалы и использовать их в практической деятельности.

Понятия и свойства электрического тока

Электрические законы и формулы требуются не только для проведения каких-либо расчетов. Они нужны и тем, кто на практике выполняет операции, связанные с электричеством. Зная основы электротехники можно логическим путем установить причину неисправности и очень быстро ее устранить.

Суть электрического тока заключается в движении заряженных частиц, переносящих электрический заряд от одной до другой точки. Однако при беспорядочном тепловом движении заряженных частиц, по примеру свободных электронов в металлах, переноса заряда не происходит. Перемещение электрического заряда через поперечное сечение проводника происходит лишь при условии участия ионов или электронов в упорядоченном движении.

Электрический ток всегда протекает в определенном направлении. О его наличии свидетельствуют специфические признаки:

  • Нагревание проводника, по которому протекает ток.
  • Изменение химического состава проводника под действием тока.
  • Оказание силового воздействия на соседние токи, намагниченные тела и соседние токи.

Электрический ток может быть постоянным и переменным. В первом случае все его параметры остаются неизменными, а во втором – периодически происходит изменение полярности от положительной к отрицательной. В каждом полупериоде изменяется направление потока электронов. Скорость таких периодических изменений представляет собой частоту, измеряемую в герцах

Основные токовые величины

При возникновении в цепи электрического тока, происходит постоянный перенос заряда через поперечное сечение проводника. Величина заряда, перенесенная за определенную единицу времени, называется силой тока, измеряемой в амперах.

Для того чтобы создать и поддерживать движение заряженных частиц, необходимо воздействие силы, приложенной к ним в определенном направлении. В случае прекращения такого действия, прекращается и течение электрического тока. Такая сила получила название электрического поля, еще она известна как напряженность электрического поля. Именно она вызывает разность потенциалов или напряжение на концах проводника и дает толчок движению заряженных частиц. Для измерения этой величины применяется специальная единица – вольт. Существует определенная зависимость между основными величинами, отраженная в законе Ома, который будет рассмотрен подробно.

Важнейшей характеристикой проводника, непосредственно связанной с электрическим током, является сопротивление, измеряемое в омах. Данная величина является своеобразным противодействием проводника течению в нем электрического тока. В результате воздействия сопротивления происходит нагрев проводника. С увеличением длины проводника и уменьшением его сечения, значение сопротивления увеличивается. Величина в 1 Ом возникает, когда разность потенциалов в проводнике составляет 1 В, а сила тока – 1 А.

Закон Ома

Данный закон относится к основным положениям и понятиям электротехники. Он наиболее точно отражает зависимость между такими величинами, как сила тока, напряжение, сопротивление и мощность. Определения этих величин уже были рассмотрены, теперь нужно установить степень их взаимодействия и влияния друг на друга.

Для того чтобы вычислить ту или иную величину, необходимо воспользоваться следующими формулами:

  1. Сила тока: I = U/R (ампер).
  2. Напряжение: U = I x R (вольт).
  3. Сопротивление: R = U/I (ом).

Зависимость этих величин, для лучшего понимания сути процессов, часто сравнивается с гидравлическими характеристиками. Например, внизу бака, наполненного водой, устанавливается клапан с примыкающей к нему трубой. При открытии клапана вода начинает течь, поскольку существует разница между высоким давлением в начале трубы и низким – на ее конце. Точно такая же ситуация возникает на концах проводника в виде разности потенциалов – напряжения, под действием которого электроны двигаются по проводнику. Таким образом, по аналогии, напряжение представляет собой своеобразное электрическое давление.

Силу тока можно сравнить с расходом воды, то есть ее количеством, протекающим через сечение трубы за установленный период времени. При уменьшении диаметра трубы уменьшится и поток воды в связи с увеличением сопротивления. Этот ограниченный поток можно сравнить с электрическим сопротивлением проводника, удерживающим поток электронов в определенных рамках. Взаимодействие тока, напряжения и сопротивления аналогично гидравлическим характеристикам: с изменением одного параметра, происходит изменение всех остальных.

Энергия и мощность в электротехнике

В электротехнике существуют еще и такие понятия, как энергия и мощность, связанные с законом Ома. Сама энергия существует в механической, тепловой, ядерной и электрической форме. В соответствии с законом сохранения энергии, ее невозможно уничтожить или создать. Она может лишь преобразовываться из одной формы в другую. Например, в аудиосистемах осуществляется преобразование электроэнергии в звук и теплоту.

Любые электрические приборы потребляют определенное количество энергии на протяжении установленного промежутка времени. Эта величина индивидуальна для каждого прибора и представляет собой мощность, то есть объем энергии, который может потребить тот или иной прибор. Этот параметр вычисляется по формуле P = I x U, единицей измерения служит ватт. Он означает перемещение одного ампера одним вольтом через сопротивление в один ом.

Таким образом, основы электротехники для начинающих помогут на первых порах разобраться с основными понятиями и терминами. После этого будет значительно легче использовать полученные знания на практике.

Электрика для чайников: основы электроники

Описание разработки

Являясь преподавателем электротехники более 30 лет, я могу с уверенностью утверждать, что электротехника – это базовый предмет всех без исключения технических предметов. А влиятельная «Международная электротехническая комиссия» регламентирует все вопросы, связанные с наукой и техникой в мире.

В самом слове «электротехническая» подчеркивается приоритетность этого вида энергии. Следовательно, любая человеческая деятельность на производстве, быту, науке, так или иначе связана с электричеством. Поэтому знать его законы жизненная необходимость каждого современного цивилизованного человека.

Достаточно взглянуть на Землю из космоса в ночное время, как становится ясным, какая из стран является наиболее развитой технически, экономически и т.д. Так как вся территория этой страны выделяется наибольшей освещенностью.

По мере того как улучшается и совершенствуется наш быт, все более широкое применение находит в наших домах электричество. И не только в быту. В промышленности используются миллионы электрических машин и приборов, они установлены на станках, конвейерных линиях, буровых вышках, строительных кранах, электропоездах, трамваях, троллейбусах. Их можно видеть на оросительных сооружениях, молотильных токах, животноводческих фермах.

Электричество плавит металл и печет хлеб, сваривает каркасы заводских цехов, закаливает сталь, доит коров и выводит в инкубаторах цыплят. Оно начисляет заработную плату, следит за производственными и технологическими процессами. С помощью электрических сигналов осуществляется проводная и беспроводная связь. Работает радио, телевидение. С помощью электрических сигналов осуществляется исследование ближнего и дальнего макрокосмоса и микрокосмоса.

Благодаря электричеству и компьютерной технике производятся сложнейшие операции, человеку открылись тайны клетки и даже ген. Электричество вездесуще. Оно – наш могучий и добрый помощник и друг. Сложно себе представить в какой области жизнедеятельности человека отсутствует или же не могло бы использоваться электричество.

Помню, прочитанный мною в журнале «Наука и жизнь», фантастический рассказ о том, как Земля подверглась нападению из космоса микробов, пожирающих электромагнитные волны. И наступившем в мире всеобщем хаосе.

Оказалось, что в нашем индустриальном мире все или практически все проводилось в движение и работало благодаря электроэнергии, т.е. электричеству. Остановились поезда, замерзло метро. В аэропортах не смогли запустить двигатели самолетов, а летящие лайнеры с остановившимися двигателями, потеряли управление и почти наверняка разбились. Остановились тысячи кораблей в морях и океанах, так и не доплыв до берега.

Прервалась связь между городами, странами, континентами. Лошадь и велосипед – вот что осталось как средство передвижения человечеству. Разрушились тысячи семей так и не найдя друг друга. В домах вышел из строя водопровод, отопление, остановились часы, прекратили работу все радиостанции, погасли телевизоры. Оказались обреченными на страдания больные в больницах на операционных столах в барокамерах…

Начались пожары и взрывы на химических, металлургических и других предприятиях первой категории электроснабжения. Там прекращение подачи электроэнергии приводит к необратимым катастрофическим процессам. А атомное производство и в частности такая мощная сеть атомных станций в мире взрывались бы одна за другой, как нарывы на теле Земли.

Вряд ли можно представить, что бы выжило человечество и цивилизация в целом. И все это из-за каких-то микробов, пожирающих электромагнитные волны. Так глубоко и прочно вошло электричество не только в наш быт, жизнь, производство оно как бы стало диктовать условия развития всей цивилизации.А начиналось это давно, без малого две с половиной тысячи лет назад. Когда древнегреческий философ Фалес из г. Милет, славившейся своей рассеянностью, увидел то, на что другие не обращали внимание. Фалес заметил, что янтарь, потертый о ткань притягивает к себе пушинки и другие легкие предметы.

От греческого слова «электрон» – «янтарь» подобные явления получили название электрических. Электризацию трением каждый наблюдал не раз. Не следует думать, что электризация трением столь уж безобидна. Молния и гром – это тоже результат электризации трением воздушных потоков в атмосфере. В промышленности электризация трением нередко становится серьезной помехой для многих производственных процессов.

Так в типографии электричество, возникающее при трении бумажных листов, значительно затрудняется печатанье, так как наэлектризованные листы слипаются,что мешает их движению и укладке.

На текстильной фабрике по той же причине плохо скручиваются нити. Электризация волокон вызывает то взаимное отталкивание,а на производстве, где применяют горячие вещества, электрическая искра может вызывать их воспламенение.

Читайте также:  Сколько вольт выдает сварочный инвертор

Так, на заводах по производству резиновых изделий работают машины, которые наносят резиновый клей не тканевые материалы. В результате постоянного трения тканей при движении они электризуются. Даже небольшая искра при этом может вызывать пожар, так как окружающий воздух насыщен парами бензина. Особенно опасна электризация при транспортировке и перекачке воспламеняющихся жидкостей, например при заправке горючим самолетов.

Здесь электризация трением может наделать много бед. Специалисты нашли способ борьбы с «диким» электричеством: в бензин добавляют магниевую соль фолиевой кислоты, которая полностью устраняет электризацию. Но электричество приносит не только беды, но может быть и полезным. Так, электризуя частицы краски при её распылении можно добиться более ровного и прочного окрашивания предметов.

Такое крашение устраняет потери краски, дает большую экономию материалов. На некоторых предприятиях аналогичным способом, покрывают ткани, приклеивают ворс – короткие волокна, плюш, замшу, ковры. На других предприятиях таким же образом получают наждачную бумагу. С помощью электризации нередко удается разделить смесь, состоящую из различных частиц. Такое разделение смеси нарывают электросепарацией.

В литейном производстве, например, электросепарацией очищают землю от примесей после отливки. В сельском хозяйстве применяют электрический способ очистки зерна и семян. На этом же принципе основано действие, используемых на многих заводах и фабриках электрических фильтров, очищающих воздух от дыма и пыли. И так совершенно неожиданные возможности открыло статическое электричество. А это всего лишь одна веточка огромного и могучего дерева, науки об использовании электричества.

Межпредметные связи предмета «Электротехника с основами электроники» с предметами, изучаемыми в колледже:

Каждая тема предмета – это область приложения знаний на практике. Изучая тему диэлектриков, важно показать, почему провода покрываются диэлектриком (изолируют), какую роль диэлектрик играет в конденсаторе. Привести примеры последовательного и параллельного соединения конденсаторов и их практического использования при компенсации реактивной мощности в цепях переменного тока.

Использовать конденсатор как источник дополнительного питания в газоразрядных лампах, использовать конденсаторы в качестве датчиков при контроле и автоматизации производственных процессов, и т д. При изучении темы «Электрические цепи переменного тока» вводится понятие частоты переменного тока.

Разбирается где какая частота применяется на практике, в производстве и быту. Например: 16 Гц-это частота, на которой человек начинаем слышать, частота близкая к писку комара. При электрификации железных дорог используется переменный ток f = 25Гц – 16Гц.

Весь материал – в документе.

Содержимое разработки

Электротехника – базовый предмет

Являясь преподавателем электротехники более 30 лет, я могу с уверенностью утверждать, что электротехника – это базовый предмет всех без исключения технических предметов. А влиятельная «Международная электротехническая комиссия» регламентирует все вопросы, связанные с наукой и техникой в мире. В самом слове «электротехническая» подчеркивается приоритетность этого вида энергии. Следовательно, любая человеческая деятельность на производстве, быту, науке, так или иначе связана с электричеством. Поэтому знать его законы жизненная необходимость каждого современного цивилизованного человека.

Достаточно взглянуть на Землю из космоса в ночное время, как становится ясным, какая из стран является наиболее развитой технически , экономически и т.д. Так как вся территория этой страны выделяется наибольшей освещенностью. По мере того как улучшается и совершенствуется наш быт, все более широкое применение находит в наших домах электричество. И не только в быту. В промышленности используются миллионы электрических машин и приборов, они установлены на станках, конвейерных линиях, буровых вышках, строительных кранах, электропоездах, трамваях, троллейбусах. Их можно видеть на оросительных сооружениях, молотильных токах, животноводческих фермах. Электричество плавит металл и печет хлеб, сваривает каркасы заводских цехов, закаливает сталь, доит коров и выводит в инкубаторах цыплят. Оно начисляет заработную плату, следит за производственными и технологическими процессами. С помощью электрических сигналов осуществляется проводная и беспроводная связь. Работает радио, телевидение. С помощью электрических сигналов осуществляется исследование ближнего и дальнего макрокосмоса и микрокосмоса. Благодаря электричеству и компьютерной технике производятся сложнейшие операции, человеку открылись тайны клетки и даже ген. Электричество вездесуще. Оно – наш могучий и добрый помощник и друг. Сложно себе представить в какой области жизнедеятельности человека отсутствует или же не могло бы использоваться электричество.

Помню, прочитанный мною в журнале «Наука и жизнь», фантастический рассказ о том, как Земля подверглась нападению из космоса микробов, пожирающих электромагнитные волны. И наступившем в мире всеобщем хаосе. Оказалось, что в нашем индустриальном мире все или практически все проводилось в движение и работало благодаря электроэнергии, т.е. электричеству. Остановились поезда, замерзло метро. В аэропортах не смогли запустить двигатели самолетов, а летящие лайнеры с остановившимися двигателями, потеряли управление и почти наверняка разбились. Остановились тысячи кораблей в морях и океанах, так и не доплыв до берега. Прервалась связь между городами, странами, континентами. Лошадь и велосипед – вот что осталось как средство передвижения человечеству. Разрушились тысячи семей так и не найдя друг друга. В домах вышел из строя водопровод, отопление, остановились часы, прекратили работу все радиостанции, погасли телевизоры. Оказались обреченными на страдания больные в больницах на операционных столах в барокамерах… Начались пожары и взрывы на химических, металлургических и других предприятиях первой категории электроснабжения. Там прекращение подачи электроэнергии приводит к необратимым катастрофическим процессам. А атомное производство и в частности такая мощная сеть атомных станций в мире взрывались бы одна за другой, как нарывы на теле Земли. Вряд ли можно представить, что бы выжило человечество и цивилизация в целом. И все это из-за каких-то микробов, пожирающих электромагнитные волны. Так глубоко и прочно вошло электричество не только в наш быт, жизнь, производство оно как бы стало диктовать условия развития всей цивилизации .А начиналось это давно, без малого две с половиной тысячи лет назад. Когда древнегреческий философ Фалес из г. Милет, славившейся своей рассеянностью, увидел то, на что другие не обращали внимание. Фалес заметил, что янтарь, потертый о ткань притягивает к себе пушинки и другие легкие предметы. От греческого слова «электрон» – «янтарь» подобные явления получили название электрических. Электризацию трением каждый наблюдал не раз. Не следует думать, что электризация трением столь уж безобидна. Молния и гром – это тоже результат электризации трением воздушных потоков в атмосфере. В промышленности электризация трением нередко становится серьезной помехой для многих производственных процессов. Так в типографии электричество, возникающее при трении бумажных листов, значительно затрудняется печатанье, так как наэлектризованные листы слипаются ,что мешает их движению и укладке. На текстильной фабрике по той же причине плохо скручиваются нити. Электризация волокон вызывает то взаимное отталкивание ,а на производстве, где применяют горячие вещества, электрическая искра может вызывать их воспламенение. Так, на заводах по производству резиновых изделий работают машины, которые наносят резиновый клей не тканевые материалы. В результате постоянного трения тканей при движении они электризуются. Даже небольшая искра при этом может вызывать пожар, так как окружающий воздух насыщен парами бензина. Особенно опасна электризация при транспортировке и перекачке воспламеняющихся жидкостей, например при заправке горючим самолетов. Здесь электризация трением может наделать много бед. Специалисты нашли способ борьбы с «диким» электричеством: в бензин добавляют магниевую соль фолиевой кислоты, которая полностью устраняет электризацию. Но электричество приносит не только беды, но может быть и полезным. Так, электризуя частицы краски при её распылении можно добиться более ровного и прочного окрашивания предметов. Такое крашение устраняет потери краски, дает большую экономию материалов. На некоторых предприятиях аналогичным способом, покрывают ткани, приклеивают ворс – короткие волокна, плюш, замшу, ковры. На других предприятиях таким же образом получают наждачную бумагу. С помощью электризации нередко удается разделить смесь, состоящую из различных частиц. Такое разделение смеси нарывают электросепарацией . В литейном производстве, например, электросепарацией очищают землю от примесей после отливки. В сельском хозяйстве применяют электрический способ очистки зерна и семян. На этом же принципе основано действие, используемых на многих заводах и фабриках электрических фильтров, очищающих воздух от дыма и пыли. И так совершенно неожиданные возможности открыло статическое электричество. А это всего лишь одна веточка огромного и могучего дерева, науки об использовании электричества.

Межпредметные связи предмета «Электротехника с основами электроники» с предметами, изучаемыми в колледже:

Каждая тема предмета – это область приложения знаний на практике. Изучая тему диэлектриков, важно показать, почему провода покрываются диэлектриком (изолируют) , какую роль диэлектрик играет в конденсаторе. Привести примеры последовательного и параллельного соединения конденсаторов и их практического использования при компенсации реактивной мощности в цепях переменного тока .Использовать конденсатор как источник дополнительного питания в газоразрядных лампах , использовать конденсаторы в качестве датчиков при контроле и автоматизации производственных процессов, и т д. При изучении темы «Электрические цепи переменного тока» вводится понятие частоты переменного тока. Разбирается где какая частота применяется на практике , в производстве и быту. Например: 16 Гц-это частота, на которой человек начинаем слышать, частота близкая к писку комара. При электрификации железных дорог используется переменный ток f = 25Гц – 16Гц. А в тоже время в металлургии и метало – деревообрабатывающей промышленности используется ток с частотой от нескольких сотен до нескольких тысяч Гц. Для диэлектрического нагрева пластмассы, древесины, стекла и пищевых продуктов, а так же других полупроводниковых и диэлектрических материалов применяют высокочастотные установки с f=

Дисциплина “Электротехника и электроника” относится к федеральному компоненту цикла общепрофессиональных дисциплин специальностей 220100 “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети”, 071900 “Информационные системы и технологии” и введена в учебные планы в соответствии с требованиями Государственных образовательных стандартов указанных специальностей.

Дисциплина “ Электротехника и электроника ” базируется в основном на знании физики и математики в объеме программы средней школы. В частности, для изучения дисциплины необходимо общее знакомство с цепями постоянного и переменного тока, с законами Ома, Фарадея и Джоуля, с законом сохранения энергии и понятиями интеграла, производной и комплексного числа. Из вузовского курса физики необходимо знание разделов: «Электричество и магнетизм», «Электростатика и магнитостатика в вакууме и веществе», «Электрический ток», «Уравнения Максвелла», «Электромагнитное поле». Из курса высшей математики необходимо знание разделов: «Линейная алгебра», «Дифференциальное и интегральное исчисления», «Дифференциальные уравнения», «Теория функций комплексного переменного», «Последовательности и ряды», «Гармонический анализ», «Преобразования Лапласа».

Знания, полученные при изучении дисциплины «Электротехника и электроника» используются в последующих дисциплинах: «Метрология, стандартизация и сертификация», «Схемотехника ЭВМ», «Сети ЭВМ и телекоммуникации» и в практической деятельности инженера.

Данная программа составлена в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования специальностей 220100 “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети” и 071900 “Информационные системы и технологии”.

Целью изучения дисциплины “Электротехника и электроника” является теоретическая и практическая подготовка студентов в области электротехники и электроники в такой степени, чтобы они могли выбирать необходимые электротехнические, электронные, электроизмерительные устройства, уметь объяснить их работу и правильно эксплуатировать.

Основные задачи изучения дисциплины:

– формирование у студентов минимально необходимых знаний основных законов теории цепей, методов анализа и синтеза электрических, магнитных цепей и электронных устройств;

– ознакомление с физическими явлениями в полупроводниковых и иных структурах и их использованием для создания электронных приборов;

– выработка практических навыков аналитического и экспериментального исследования основных процессов, имеющих место в электрических цепях и электронных устройствах;

– ознакомление с основными видами электронных устройств, обеспечивающих функционирование компьютерной техники.

В результате теоретического изучения дисциплины студент должен знать:

– основные законы электротехники для электрических и магнитных цепей;

– основные свойства электрических и магнитных цепей при характерных внешних воздействиях;

– физические явления в полупроводниковых и иных структурах и их использованием для создания электронных приборов;

– характеристики электронных приборов с точки зрения их практического применения в электронных устройствах;

– основные виды электронных устройств, обеспечивающих функционирование компьютерной техники.

В результате практического освоения дисциплины студент должен уметь:

– читать и составлять электрические структурные, функциональные и принципиальные схемы электронных устройств;

– устанавливать взаимосвязи между физическими характеристиками элементов электрических цепей и их математическими моделями;

– проводить анализ преобразований сигналов в электронных устройствах;

– осуществлять синтез простейших электрических цепей с заданными характеристиками.

В ходе теоретического изучения и практического освоения дисциплины студент должен приобрести навыки компьютерного моделирования электронных устройств и работы с контрольно-измерительной аппаратурой для исследования характеристик электронных устройств.

Дисциплина “Электротехника и электроника” изучается студентами очной формы обучения в четвертом семестре, студентами заочной формы обучения – на втором курсе. Общее количество часов, которое отводится для изучения дисциплины, – 170.

Для студентов очной формы обучения количество аудиторных часов – 68, из них: лекций – 51 час, лабораторных работ – 17 часов. На самостоятельную работу отводится 102 часа, из них: 20 часов на подготовку к экзамену, 15 часов на выполнение трех контрольных работ, 17 часов на оформление отчетов и подготовку к защите лабораторных работ, 50 часов на самостоятельное изучение материала и консультации.

Для студентов заочной формы обучения количество аудиторных часов – 20, из них: лекций –12 часов, лабораторных работ – 8 часов. На самостоятельную работу отводится 150 часов, из них: 20 часов на подготовку к экзамену, 10 на оформление отчетов и подготовку к защите лабораторных работ, 120 часов на выполнение двух контрольных работ, самостоятельное изучение материала и консультации.

При проведении лекций учитывается, что значительная часть материала, особенно для студентов заочной формы обучения, выносится на самостоятельную работу. На лекциях акцентируется внимание на узловые моменты теории электрических цепей и умение использовать ее для анализа работы электронных устройств, применяемой в современной компьютерной технике. Ряд сложных электронных устройств описывается на уровне структурных схем. Изучение принципиальных схем по возможности выносится на практические и лабораторные занятия.

Лабораторные работы компьютерные, проводятся с использованием программного пакета Electronics Workbench . Это дает возможность проводить их фронтально, по мере изучения теоретического материала на лекционных занятиях с начала семестра.

В ходе изучения дисциплины студент слушает лекции по теоретическому материалу, ряд вопросов выносится на самостоятельное изучение. Контроль усвоения материала проводится по результатам выполнения экспресс-контрольных работ и индивидуальных домашних заданий. Для помощи студенту в освоении теоретического материала лекционных занятий и самостоятельной работы предусматриваются консультации ведущего преподавателя.

Для защиты лабораторных работ в рамках самостоятельной работы студента предусмотрено врем для оформления отчета и освоения теоретического материала для ответов на контрольные вопросы.

Помимо посещения лекций и лабораторных занятий для освоения теоретического материала и приобретения навыков расчета электронных цепей и электронных устройств, предусматривается выполнение трех контрольных работ в рамках самостоятельной работы студента.

Для подготовки к экзамену студенту отводится 20 часов самостоятельной работы и консультация ведущего преподавателя перед экзаменом.

При проведении лекционных занятий для ряда тем необходимо проекционное оборудование, сопряженное с компьютером.

Для проведения лабораторных работ используется программный пакет Electronics Workbench .

В ходе изучения дисциплины предусматриваются следующие виды контроля знаний студентов: текущий, промежуточный и итоговый.

Текущий контроль знаний студентов включает:

– экспресс контрольные работы на лекционных занятиях;

– защиту отчетов по выполняемым лабораторным работам;

– оценку знаний и умений студентов при проведении консультаций по лекционным и лабораторным занятиям.

Промежуточный контроль проводится в форме аттестаций в соответствии с Положением о рейтинговой системе оценки успеваемости студентов во Владивостокском государственном университете экономики и сервиса. Предусматривается две промежуточные аттестации на 7 ¸ 8 и 13 ¸ 14 неделях семестра. Промежуточная аттестация может быть проведена в форме устного или письменного опроса или теста по разделам дисциплины, изученных студентом в период между аттестациями, при этом учитывается количество выполненных и защищенных лабораторных работ, а также количество выполненных контрольных работ за отчетный период.

Форма аттестации предлагается ведущим преподавателем и утверждается на заседании кафедры. Результаты аттестации заносятся в ведомость установленной формы.

Дисциплина завершается экзаменом в четвертом семестре. Условием допуска студента к экзамену является успешное прохождение двух промежуточных аттестаций в соответствии с требованиями Положения о рейтинговой системе оценки успеваемости студентов во ВГУЭС. Кроме того, студент должен выполнить и защитить все лабораторные работы. Итоговая оценка определяется в соответствии с требованиями Положения о рейтинговой системе оценки успеваемости студентов во ВГУЭС.

Краткая теория развития электротехники и электроники. Основные задачи и области исследования этих отраслей науки и техники, их роль в научно-техническом прогрессе. Предмет и задачи дисциплины «Электротехника и электроника», ее место в подготовке инженера. Структура дисциплины.

Основные понятия и законы электрических цепей. Описание процессов в электромагнитной среде с помощью уравнений Максвелла. Понятия электрической цепи, напряжения и тока. Простейшие элементы электрической цепи (сопротивление, проводимость, индуктивность, ёмкость, источники напряжения и тока) и цепи по числу полюсов, виду характеристик, потреблению энергии и др. Законы Ома и Кирхгоффа.

Воздействия в электрических цепях, их классификация: периодические (гармонические, негармонические), апериодические (типовые), случайные. Комплексные представления гармонических колебаний, интегральные оценки периодических воздействий. Переходные процессы в электрических цепях. Дифференциальные уравнения электрического состояния цепей и методы их решения. Законы коммутации. Понятие о дифференцирующих и интегрирующих цепях.

Функции линейных электрических цепей: системная (схемная), входная, комплексная системная, передаточная. Преобразование Лапласа, способы определения реакций цепи на различные возмущения. Анализ установившегося режима электрической цепи при периодических воздействиях. Расчёт цепей методом комплексных амплитуд. Мгновенная, средняя и полная мощности в цепи с гармоническими воздействиями. Трёхфазные электрические цепи. Соединение фаз звездой и треугольником, фазное и линейное напряжения. Мощность трехфазной цепи, коэффициент мощности. Индуктивно-связанные элементы электрических цепей; само- и взаимная индуктивность, коэффициенты связи и трансформации, согласное и встречное включение катушек.

Сигналы и их характеристики. Спектральный анализ периодических и непериодических сигналов. Разложение сигналов в ряд Фурье. Нелинейные элементы электрических цепей. Способы аппроксимации их ВАХ. Спектральный состав тока в безынерционном нелинейном элементе при гармоническом внешнем воздействии.

Элементы магнитной цепи. Закон полного тока для магнитной цепи с постоянной магнитодвижущей силой. Свойства ферромагнитных металлов. Неразветвленная магнитная цепь. Электромагнитные устройства постоянного тока, Переменный магнитный поток в катушке с магнитопроводом. Процессы намагничивания магнитопровода. Векторные диаграммы и схемы замещения катушки с магнитопроводом. Вольтамперная характеристика нелинейной катушки с магнитопроводом. Явление феррорезонанса.

Трансформаторы. Конструкция. Схема замещения. Основное уравнение трансформатора питания. Электрические машины постоянного тока. Электрические машины переменного тока. Асинхронный электродвигатель. Синхронные машины.

Электропроводность полупроводников. Полупроводниковые резисторы. Образование и свойства p – n –перехода. P – n –переход в равновесии. P – n –переход в неравновесном состоянии, механизм протекания тока. Вольтамперная характеристика (ВАХ) p – n –перехода. Зависимость ВАХ от температуры. Разновидности полупроводниковых диодов – выпрямительные, импульсные, стабилитроны, варикапы, туннельные, обращенные, СВЧ-детекторные, преобразовательные и переключательные. Выпрямляющий переход металл-полупроводник, физические процессы и ВАХ. Диоды Шоттки.

Биполярные транзисторы. Полупроводниковая структура, режимы работы, схемы выключения. Коэффициенты передачи тока в схемах ОБ и ОЭ. Статистические ВАХ: входные, проходные, выходные. Модель Эберса-Молла биполярного транзистора. Транзистор как линейный четырехполюсник, h – и y -параметры. Биполярный транзистор в динамическом режиме. Нагрузочная прямая. Рабочая точка. Линейный (усилительный) режим работы транзистора. Ключевой режим работы транзистора.

Полевые транзисторы. Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющим р- n –переходом. Физические параметры (напряжение отсеки, крутизна, внутреннее сопротивление) и их режимная и температурная зависимость. ВАЗ в схеме с общим истоком. Устройство и принцип действия МДП транзисторов с индуцированным каналом. Физические процессы в МДП структуре, режимы обогащения, обеднения, инверсии. ВАХ МДП транзистора. МДП транзисторы с встроенным каналом: устройство и принцип действия, ВАХ. Модели полевых транзисторов.

Интегральные микросхемы. Определения. Конструкция. Гибридные и полупроводниковые интегральные микросхемы. Условные графические обозначения.

Усилительные каскады: коэффициенты усиления, амплитудно-частотные характеристики, режимы работы, температурная стабилизация. Обратные связи в усилителях, их влияние на параметры и характеристики усилителей. Усилители постоянного тока, дифференциальные усилительные каскады. Схемы, свойства и применение операционных усилителей (ОУ), интеграторы и сумматоры на базе ОУ. Активные фильтры на ОУ. Избирательные усилители. Автогенераторы. Условия самовозбуждения, области применения автогенераторов.

Компараторы. Требования. Погрешности. Параметры компараторов. Схемы компараторов. Аналоговые переключатели на биполярных и полевых транзисторах.

Генераторы электрических колебаний. Общие сведения. Классификация. Автогенераторы гармонических колебаний. Условия возбуждения. LC -автогенераторы. RC -автогенераторы. Стабилизация частоты генерируемых колебаний. Импульсные генераторы. Автоколебательные, ждущие и бистабильные мультивибраторы.

Цифровые ключи. Биполярный насыщенный ключ. Способы повышения быстродействия ключей на биполярных транзисторах. Транзистор Шоттки. Переключатель тока. Цифровые ключи на МДП транзисторах. Способы повышения быстродействия. МДП ключи с динамической нагрузкой. Комплиментарный МДП ключ.

Логические элементы. Транзисторно-транзисторные логические элементы (ТТЛ). «Эмиттерно-связанные» логические элементы (ЭСЛ). Логические элементы на основе МДП транзисторов.

Источники первичного электропитания. Структурные схемы и назначение функциональных узлов источников вторичного электропитания. Выпрямители, сглаживающие фильтры. Стабилизаторы напряжения: параметрические, компенсационные с непрерывным регулированием и импульсные. Источники вторичного электропитания с бестрансформаторным входом.

Общие сведения об электроизмерительных приборах. Измерение постоянного и переменного напряжения, тока и электрического сопротивления магнитоэлектрическими приборами.

1. Исследование частотных характеристик пассивных RLC цепей

2. Исследование временных характеристик пассивных RLC цепей

3. Исследование характеристик электронных ключей на биполярных и полевых транзисторах

4. Исследование характеристик усилительных каскадов на биполярных транзисторах

5. Исследование характеристик аналоговых электронных устройств на интегральных операционных усилителях

6. Исследование схем и характеристик генераторов электрических колебаний

7. Исследование схем и характеристик выпрямителей и сглаживающих фильтров источников вторичного электропитания

8. Исследование характеристик стабилизаторов напряжения источников вторичного электропитания

В рамках общего объема часов, отведенных для изучения дисциплины, предусматривается выполнение следующих видов самостоятельных работ студентов (СРС): контрольные работы (индивидуальные домашние задания), самостоятельное изучение теоретического материала с самоконтролем по приведенным ниже вопросам, изучение теоретического материала при подготовке к защите лабораторных работ, итоговое повторение теоретического материала, методов анализа и синтеза электрических цепей, методов измерения параметров электрических цепей при подготовке к экзамену.

Для студентов очной формы обучения предусматривается выполнение трех контрольных работ (индивидуальных домашних заданий):

1. Расчет электрических цепей постоянного тока.

Целью работы является закрепление теоретических знаний и приобретение навыков расчета электрических цепей в соответствии с темами 1 и 2 содержания дисциплины.

Планируемое время СРС – 5 часов.

2. Расчет передаточных характеристик четырехполюсников.

Целью работы является закрепление теоретических знаний и приобретение навыков расчета электрических цепей синусоидального тока в соответствии с темами 2 и 3 содержания дисциплины.

Планируемое время СРС – 5 часов.

3. Анализ режима работы электронного усилителя.

Целью работы является закрепление теоретических знаний и приобретение навыков анализа работы электронных усилителей на дискретных или интегральных биполярных и полевых транзисторах в соответствии с темами 7 и 8 содержания дисциплины.

Планируемое время СРС – 5 часов.

Задания на контрольные работы и методические указания по их выполнению приведены в [7].

Для самостоятельного изучения дисциплины выносится часть материала по всем темам дисциплины с самоконтролем по контрольным вопросам и возможностью консультации у ведущего преподавателя общим объемом 50 часов СРС. Для закрепления материала и приобретения навыков расчета рекомендуется выполнение следующих задач:

1. Расчет электрических цепей синусоидального тока, тема 3.

2. Расчет трансформатора питания, темы 5, 6.

3. Расчет активных RC -фильтров, тема 8.

Задания и методические указания по их выполнению приведены в [7].

Кроме того, для контроля этого вида самостоятельной работы на лекционных занятиях предусматриваются следующие экспресс-контрольные работы:

1. Анализ спектрального состава сигнала, тема 4.

2. Расшифровка обозначений, условно-графические обозначения и вольтамперные характеристики полупроводниковых приборов, тема 7.

3. LC и RC -автогенераторы: схема, условия возбуждения, характеристики стационарного режима, тема 9.

4. Реализация Булевых выражений с помощью устройств комбинационной логики, тема 10.

5. Структурная схема источника вторичного электропитания и назначение его функциональных узлов, тема 11.

6. Измерение тока, напряжения и сопротивления магнитоэлектрическими приборами, тема 12.

Для выполнения лабораторных работ в соответствии с разделом 2.2 настоящей учебной программы студент должен предварительно самостоятельно освоить теоретический материал соответствующих тем.

Для защиты работы он должен знать теоретический материал и продемонстрировать знание методов измерения характеристик электрических цепей и электронных устройств.

Объем СРС, отводимый на эту работу составляет 20 часов.

На подготовку к экзамену отводится 20 часов СРС.

Для студентов заочной формы обучения предусматривается выполнение двух контрольных работ.

Первая контрольная работа включает в себя две задачи:

1. Расчет электрических цепей постоянного тока.

2. Расчет передаточных характеристик четырехполюсников.

Целью работы является закрепление теоретических знаний и приобретение практических навыков расчета электрических цепей постоянного и синусоидального тока в соответствии с темами 1, 2, 3 содержания дисциплины. С учетом самостоятельного изучения теоретического материала с контролем на защите работы объем СРС составляет 20 часов.

Вторая контрольная работа включает в себя две задачи:

1. Анализ режима работы электронного усилителя.

2. Расчет активных RC -фильтров.

Целью работы является закрепление теоретических знаний и приобретение практических навыков анализа и синтеза электронных устройств на полупроводниковых приборах и интегральных микросхемах в соответствии с темами 7, 8 содержания дисциплины. С учетом самостоятельного изучения теоретического материала с контролем на защите работы объем СРС составляет 20 часов.

Индивидуальные задания на контрольные работы и методические указания по их выполнению приведены в [6].

До выхода на сессию студенты-заочники самостоятельно изучают материал тем 4, 5, 6, 9, 10, 11, 12 с самоконтролем по приведенным вопросам с объемом СРС 80 часов.

На сессии студенты выполняют четыре лабораторные работы из перечня раздела 2.2 настоящей рабочей программы. Студент должен предварительно самостоятельно освоить теоретический материал соответствующих разделов. Для защиты работы он должен знать теоретический материал и продемонстрировать знание методов измерения характеристик электрических цепей и электронных устройств.

Объем СРС, отводимый на эту работу составляет 10 часов.

На подготовку к экзамену отводится 20 часов СРС.

“>

Страница: 1 из 3; >
Введение

Оцените статью
Adblock detector