Министерство образования и науки РФ

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный технический университет

им. Р.Е.Алексеева»

 

 

 

 

 

Кафедра “Электроника и сети ЭВМ”

 

 

 

 

 

 

 

Электротехника и электроника

 

Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов направления 230100“Информатика и вычислительная техника” вечерней формы обучения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

Нижний Новгород

2013

Составители: В.И.Бебешко, В.А.Борисов, Н.Е.Пособилов

 

УДК 621.3 049 77

 

Электротехника и электроника: метод. указания к выполнению лаб. работ для студентов направления 230100 “ Информатика и вычислительная техника ” вечерней формы обучения/НГТУ; сост.: В.И.Бебешко, В.А.Борисов, Н.Е.Пособилов. Нижний Новгород, 2013.30 с.

 

 

 

Методические указания содержат методику исследования физических процессов, протекающих в электрических цепях, содержащих реактивные элементы, а также электронных схемах, содержащих диоды и транзисторы следующих лабораторных работ:

1. Исследование переходных процессов в электрических цепях.

2. Исследование явления резонанса в электрических цепях .

3. Исследование статических характеристик полупроводниковых диодов.

4. Исследование статических характеристик транзисторов.

 

 

 

Научный редактор д.т.н., профессор В.Р. Милов.

 

Редактор Э.Б.Абросимова

 

 

 

 

Подписано в печать 25.07.2013. Формат 60x84¹/₁₆. Бумага газетная

Печать офсетная. Усл. п. л. 1,65. Уч.-изд. л. 1.0. Тираж: 150 экз. Заказ

_____________________________________________________________

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева . Типография НГТУ. 603950, Н. Новгород, ул. Минина, 24.

 

© Нижегородски государственный технический

университ им. Р.Е.Алексеева, 2013

1 Электротехника

1. Теоретическая часть

1.1.1 Понятие электрической принципиальной схемы

Современные электронные системы содержат множество различных блоков, устройств и узлов, которые изготавливаются на основе электрических принципиальных схем.

Электрическая принципиальная схема представляет собой графическое отображение электрических цепей при помощи условных изображений их компонентов.

Рис. 1.1. Пример электрической принципиальной

схемы:

Электрической цепью называется технически обоснованная совокупность её компонентов, соединённых между собой определённым образом.

Компонентами или элементами электрической цепи являются

источники электрической энергии, активные и реактивные сопротивления, различные электронные приборы. R1, R2, R3-резисторы(активные сопротивления), L1, L2, C - реактивные сопротивления(индуктивные и емкостное, соответственно), e(t)-источник переменного напряжения, Е-источник постоянного напряжения, I-источник тока.

К источникам электрической энергии относятся все устройства, преобразующие любые известные виды энергии (тепловую, механическую, химических реакций...) в электрическую.

Их основными характеристиками являются э.д.с. –E на выходных зажимах, внутреннее сопротивление z_вн и его характер.

Если протекание тока в элементе цепи приводит к появлению разности потенциалов на нём, говорят, что такой элемент цепи обладает сопротивлением – Z.

Если при протекании тока в сопротивлении выделяется тепло, то такой элемент принято называть активным сопротивлением -R. При этом энергия, потребляемая от источника, полностью преобразуется в тепловую и безвозвратно рассеивается в окружающее пространство.

Реактивные сопротивления -X накапливают энергию, расходуемую источником на протекание тока, и при определённых условиях могут возвращать её обратно.

1.1.2 Закон Ома для участка цепи,.не содержащего источников э.д.с.

(рис. 1.2), устанавливает связь между током и напряжением на этом участке.

U_ab

a b

R

I

Рис.1.2. Участок цепи, не содержащий источника э.д.с.

U_{ab –} разность потенциалов между точками a и b

, где:

потенциал точки ,

Закон Ома для участка цепи, содержащего источники э.д.с., позволяет определить ток этого участка по известной разности потенциалов на

концах участка цепи и имеющейся на этом участке э.д.с.

Рис.1.3.Участок цепи, содержащий источник э.д.с.

Направление совпадает с напрвлением

Если направление Е совпадает с направлением тока в цепи(рис.1.3), то знак Е в уравнении - плюс.

Рис.1.4. Участок цепи, содержащий источник э.д.с.

Направление противоположное направлению

При обратной полярности источника (рис.1.4)знак Е –минус. или в общем случае .

1.1.3. Законы Киргофа.

1.1.3.1 Первый закон Киргофа можно сформулировать двояко:

- алгебраическая сумма токов, подтекающих к любому узлу схемы, равна нулю;

- сумма подтекающих к любому узлу токов равна сумме утекающих от узла токов.

Так, применительно к рис. 1.5, если подтекающие к узлу токи считать положительными, а утекающие – отрицательными, то согласно первой формулировке -

согласно второй - _.

Физически первый закон Киргофа означает, что движение зарядов цепи происходит так, что ни в одном из узлов они не скапливаются.

I₁ I₂

A

I₄ I₃

Рис.1.5. Направление протекания токов в узле A

1.1.3.2. Второй закон Киргофа также можно сформулировать двояко:

- алгебраическая сумма падений напряжения в любом замкнутом контуре равна алгебраической сумме э.д.с. вдоль того же контура:

∑ IR = ∑E.

В каждую из сумм соответствующие слагаемые входят со знаком плюс, если они совпадают с направлением обхода контура, и со знаком минус, если они не совпадают с ним;

- алгебраическая сумма напряжений(не падений напряжения!) вдоль любого замкнутого контура равна нулю: ∑U_k = 0.

Так, для периферийного контура схемы, приведенной на рис.1.6

+

Законы Киргофа справедливы для линейных и нелинейных цепей при любом характере изменения во времени токов и напряжений.

Рис.1.6..Замкнутый контур