99

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ БІЗНЕС-КОЛЕДЖ

Г.Я. Рубан

Теорія електричних та магнітних кіл.

Курс лекцій

Черкаси – 2013

Видання здійснено за фінансової підтримки громадської організації

„Рада батьків Черкащини”

УДК 51 (076

Рекомендовано до друку рішенням Розповсюдження та тиражування

методичної ради Черкаського без офіційного дозволу

державного бізнес-коледжу. ЧДБК заборонено

Протокол № 3 від 31 березня 2013 р.

Укладач: Рубан Г.Я.

Теорія електричних та магнітних кіл. Курс лекцій

Черкаси, 2013 р. – 110 с.

Рецензент: К.М. Ключка, кандидат технічних наук, доцент кафедри електротехнічних систем Черкаського державного технологічного університету

Навчальний посібник відповідає програмі курсу “Теорія електричних та магнітних кіл” для студентів технічних спеціальностей вищих навчальних закладів І – ІІ рівнів акредитації. Він охоплює всі теми діючої програми. Посібник містить необхідні теоретичні відомості, питання для самостійного опрацювання, питання для самоперевірки, теми рефератів.

Затверджено на засіданні циклової © Г.Я. Рубан 2010 р.

комісії фундаментальних дисциплін

Протокол № 8 від 02 березня 2013 р.

ЗМІСТ

ВСТУП

РОЗДІЛ 1 ЛІНІЙНІ КОЛА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

ТЕМА 1.1 ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ В КОЛАХ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ.

ЗАКОН ОМА ТА ПРАВИЛА КІРХГОФА

1.1.1 Електричне коло. Елементи електричного кола

1.1.2 Закон Ома

1.1.3 Правила Кірхгофа

ТЕМА 1.2 З’ЄДНАННЯ РЕЗИСТОРІВ. РОЗРАХУНОК РОЗГАЛУДЖЕНИХ КІЛ МЕТОДОМ ДВОХ ВУЗЛІВ ТА ДВОХ ПРАВИЛ КІРХГОФА.

1.2.1 З’єднання резисторів

1.2.2. Розрахунок розгалужених кіл методом двох вузлів

1.2.3 Розрахунок розгалужених кіл методом правил Кірхгофа

ТЕМА 1.3 РОЗРАХУНОК РОЗГАЛУДЖЕНИХ КІЛ МЕТОДОМ НАКЛАДАННЯ ТА КОНТУРНИХ СТРУМІВ.

1.3.1 Розрахунок розгалужених кіл методом накладання (суперпозиції)

1.3.2 Розрахунок розгалужених кіл методом контурних струмів

1.3.3 Баланс потужностей

РОЗДІЛ 2. ЛІНІЙНІ КОЛА ОДНОФАЗНОГО ЗМІННОГО СТРУМУ

ТЕМА 2.1 ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ І ПАРАМЕТРИ В КОЛАХ СИНУСОЇДНОГО СТРУМУ. ПОДАННЯ СИНУСОЇДНИХ ВЕЛИЧИН КОМПЛЕКСНИМИ ЧИСЛАМИ

1. Синусоїдний стум та його характеристики

2. Зображення синусоїдних величин векторами на площині

3. Загальні відомості про комплексні числа

ТЕМА 2.2 НЕРОЗГАЛУДЖЕНЕ КОЛО ЗМІННОГО СТРУМУ

2.2.1 Змінний струм в колі з активним опором

2.2.2 Індуктивність у колі синусоїдного струму

2.2.3 Ємність у колі синусоїдного струму

2.2.4 Котушка індуктивності у колі синусоїдної напруги

2.2.5 Послідовне з’єднання R, C

2.2.6 Послідовне з’єднання R, L, C

ТЕМА 2.3 РОЗГАЛУДЕНЕ КОЛО ЗМІНОГО СТРУМУ.

ПОТУЖНІСТЬ В КОЛІ ЗМІННОГО СТРУМУ

1. Резонанс в колі змінного струму

2. Закон Ома та правила Кірхгофа у комплексній формі

3. Розрахунок кіл змінного струму комплексним методом

4. Потужність в колі змінного струму

ТЕМА 2.4 ЕЛЕКТРИЧНЕ КОЛО З ПЕРІОДИЧНИМИ НЕСИНУСОЇДНІ СТРУМАМИ

2.4.1 Періодичні несинусоїдні струми

2.4.2 Електричні фільтри

ТЕМА 2.5 ТРИФАЗНИЙ СТРУМ

2.5.1 Загальні відомості про трифазний струм

2.5.2 З'єднання трифазної системи зіркою

2.5.3 3'єднання трифазної системи трикутником

2.5.4 Потужність у трифазному колі

РОЗДІЛ 3. МАГНІТНЕ ПОЛЕ. МАГНІТНІ КОЛА. НЕЛІНІЙНІ КОЛА

ТЕМА 3.1 МАГНІТНЕ ПОЛЕ. МАГНІТНІ ВЛАСТИВОСТІ РЕЧОВИНИ

3.1.1 Магнітне поле і його характеристики

3.1.2 Феромагнетики та їх властивості

3.1.3 Магнітні матеріали та їх застосування

ТЕМА 3.2 МАГНІТНІ КОЛА

3.2.1. Класифікація магнітних кіл

3.2.2. Аналогія між магнітним та електричним колами

3.3.3. Методи розрахунку магнітних кіл

ТЕМА 3.3 НЕЛІНІЙНІ КОЛА

1. Нелінійні електричні кола постійного струму

2. Електричні кола змінного струму з нелінійним резистивним елементом

3. Електричні кола змінного струму з нелінійною індуктивністю. Дроселі. Магнітні прискорювачі.

РОЗДІЛ 4 ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕСИ. КОЛА З РОЗПОДІЛЕНИМИ ПАРАМЕТРАМИ

ТЕМА 4.1 ПЕРЕХІДНІ РОЦЕСИ

4.1.1 Причини виникнення і основні принципи аналізу перехідних процесів

4.1.2 Закони комутації

4.1.3 Підключення RL–кола до джерела постійної наруги

4.1.4 Підключення RC–кола до джерела постійної наруги

ТЕМА 4.2 КОЛА З РОЗПОДІЛЕНИМИ ПАРАМЕТРАМИ

1. Параметри однорідної лінії

2. Рівняння однорідної лінії

РОЗДІЛ 5 ЕЛЕКТРОННІ ПРИЛАДИ ТА ПРИСТРОЇ

ТЕМА 5.1 НАПІВПРОВІДНИКОВІ ДІОДИ

5.1.1 Будова і електричні властивості напівпровідників

5.1.2 Власна і домішкова провідність напівпровідників

5.1.3 Призначення та класифікація електронних приладів

5.1.4 Напівпровідникові діоди

5.1.5 Кремнієві стабілітрони і варикапи

ТЕМА 5.2 НАПІВПРОВІДНИКОВІ ТРАНЗИСТОРИ

5.2.1 Біполярні транзистори

5.2.2 Польові транзистори

5.2.2.1 Польовий транзистор з керувальним переходом

5.2.2.2 Польовий транзистор з ізольованим затвором

5.2.3 Порівняння польових та біполярних транзисторів

ТЕМА 5.3 РІЗНОВИДИ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ПРИЛАДІВ

5.3.1 Тиристори

5.3.2 Випромінювальні діоди

5.3.3 Напівпровідникові лазери

5.3.4 Фотоелектричні прилади

5.3.5 Терморезистори

ТЕМА 5.4 ТЕХНІЧНІ ОСНОВИ МІКРОЕЛЕКТРОНІКИ.

ІНТЕГРАЛЬНІ МІКРОСХЕМИ

5.4.1 Основні терміни і визначення в мікроелектроніці

5.4.2 Особливості інтегральних схем

5.4.3 Класифікація інтегральних схем

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

ВСТУП

Даний посібник впорядковано у відповідності до програми курсу „Теорія електричних та магнітних кіл” для спеціальності „Обслуговування комп'ютерних систем і мереж”. Мета посібника - забезпечення студентів повним об’ємом теоретичної інформації щодо вивчення даного предмету.

Вивчення дисципліни включає в себе такі види роботи: прослуховування лекційного матеріалу, самостійна робота над лекціями та матеріалами навчальних посібників зі списку рекомендованої літератури, самоперевірка знань, виконання рефератів, розв'язування розрахункових завдань, здача заліку та іспиту відповідно до навчального плану. Успішне виконання перелічених видів робіт є необхідною складовою частиною загально-інженерної підготовки студентів.

Система викладання спрямована на засвоєння основного навчального матеріалу (основних понять, фактів, законів теорії і методів електротехніки) на формування вмінь пояснити електромагнітні процеси на основі фізичних теорій. Вивчення фізичних закономірностей супроводжується розглядом їх практичного застосування, пізнавального матеріалу з техніки.

РОЗДІЛ 1 ЛІНІЙНІ КОЛА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Тема 1.1 основні поняття в колах постійного струму. Закон ома та правила кірхгофа

План лекції

1.1.1 Електричне коло. Елементи електричного кола

1.1.2 Закон Ома

1.1.3 Правила Кірхгофа

1.1.1 ЕЛЕКТРИЧНЕ КОЛО. ЕЛЕМЕНТИ ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА

Електричним колом називають сукупність електротехнічних пристроїв, що утворюють шляхи для електричного струму, електромагнітні процеси в яких можна описати за допомогою електричних величин – електрорушійної сили, струму і напруги. До електротехнічних пристроїв відносять джерела живлення та споживачі. Джерелами постійного струму можуть бути гальванічні елементи (акумулятори), електромагнітні генератори (динамо-машини), випрямляючі пристрої. Споживачі електричної енергії – електричні лампи, резистори, нагрівальні елементи, електродвигуни.

Постійним називається струм, який з часом не змінює свій напрям. ЕРС, струми і напруги в колах постійного струму будемо позначати відповідно – В, U В, I А.

Електричною віткою називається – ділянка кола, яка містить одна або кілька послідовно з’єднаних джерел та споживачів енергії. Її основна особливість: по всіх елементах електричної вітки протікає один і той же струм. Отже скільки є віток в електричній схемі, стільки в схемі є струмів. Однорідна вітка містить тільки споживачі енергії (рис. 1.1). Неоднорідна вітка містить, як споживачі так і джерела енергії (рис. 1.2).

Рис. 1.1 Однорідна вітка

Рис. 1.2 Неоднорідна вітка

Електричний вузол – точка з’єднання трьох і більше віток. На схемах вузли позначаються добре видимою крапкою.

Електричний контур – як правило, це замкнена ділянка кола, що містить одну або кілька віток. По окремим електричним контурам можуть протікати різні струми. Основна відмінність вітки від контуру те, що контур може складатися з декількох віток. Просте нерозгалуджене електричне коло містить один контур, що складається з однієї вітки (рис. 1.3). Складне розгалуджене коло містить декілька віток і контурів (рис. 1.4).

Рис. 1.3 Просте нерозгалуджене електричне коло

Рис. 1.4 Складне розгалуджене електричне коло

Вольт-амперною характеристикою (ВАХ) опору називається аналітична, графічна або таблична залежність . Коло лінійне, якщо воно має тільки лінійні елементи, їх ВАХ – пряма лінія. На рис. 1.5 характеристики 1, 3 – лінійні, 2, 4 – нелінійні.

Рис. 1.5 Види ВАХ

Лінійний опір – це дротяний резистор, нелінійний – люмінісцентна лампа.

1.1.2. Закон ома

В загальному випадку закон Ома встановлює залежність між ЕРС, силою струму, напругою і опором.

Для найпростішого кола (рис.1.3):

. (1.1)

Для однорідної вітки якоїсь складної схеми:

. (1.2)

В загальному випадку закон Ома дає змогу розрахувати струми вітки, коли у шуканій вітці є одне або декілька джерел, а також є різниця потенціалів на кінцях вітки (рис. 1.1.6):

. (1.3)

Струм протікає від того вузла, що має більш високий потенціал, до вузла з меншим потенціалом. На рис. 1.6 .

Рис. 1.6 Вітка аb

При цьому враховують правило знаків: якщо ЕРС джерела співпадає з прийнятим напрямом струму, то вона записується з плюсом, а зустрічні ЕРС – з мінусом, падіння напруги, якщо йти за струмом, необхідно брати з мінусом. Якщо ЕРС джерела має знак “плюс”, то джерело працює в режимі джерела, а якщо ЕРС джерела має знак “мінус”, то джерело працює в режимі споживача. Якщо отриманий струм зі знаком мінус, то це означає, що дійсний струм має протилежний знак, а величина його визначена правильно.

Провідністю називають величину

. (1.4)