МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

________________

(подпись)

«___»_________________201_ г.

Информационно-измерительная техника и электроника

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Направление подготовки 140400.62 Электроэнергетика и электротехника

Профиль подготовки «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем»,

«Электроснабжение»,

«Электроэнергетические системы и сети»

Квалификация выпускника бакалавр

Изучается в 5,6 семестрах

СОГЛАСОВАНО:	РАЗРАБОТАНО:
Зав. выпускающей кафедрой АЭСиЭ .____________ Кононов Ю.Г. "__" _____________ 20______ г. Директор института ИЭЭН ____________ Кононов Ю.Г. "__" _____________ 20______ г. Рассмотрено УМК института ИЭЭН "__" _____________ 20_____ г. протокол N____________ Председатель УМК ________	Зав. кафедрой физики, электротехники и электроники ___________ Валюхов Д.П. "__" ____________ 20_____ г. Доцент кафедры ФЭиЭ Данилов М.И., "__" ____________ 20_____ г. Доцент кафедры АЭСиЭ Романенко И.Г., "__" ____________ 20_____ г. Доцент кафедры АЭСиЭ Мамаев В.А. "__" ____________ 20_____ г.

Ставрополь

2014

МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего профессионального образования

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Данилов М.И., Романенко И.Г., Мамаев В.А.

ИФОРМАНИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

КУРС ЛЕКЦИЙ

Направление подготовки 140400.62 Электроэнергетика и электротехника

Профиль подготовки «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем»,

«Электроснабжение»,

«Электроэнергетические системы и сети»

Квалификация выпускника бакалавр

Ставрополь

2014

Печатается по решению

Учебно-методического совета

Северо-Кавказского федерального

университета

УДК

ББК

Рецензенты: к-т техн. наук Гринь А.И.

к-т техн. наук ХабаровА.Н.

Данилов М.И., Романенко И.Г., Мамаев В.А. Информационно-измерительная техника и электроника: учебное пособие. – Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2014. – 352 с.

В настоящем учебном пособии приведены теоретические сведения, необходимые для подготовки к занятиям по дисциплине «Информационно-измерительная техника и электроника». Учебное пособие составлено в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и программой дисциплины «Информационно-измерительная техника и электроника» и предназначено для студентов направления подготовки 140400.62 Электроэнергетика и электротехника профилей «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем», «Электроэнергетические системы и сети», «Электроснабжение».

© ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский

федеральный университет», 2014

Содержание

Лекция 1 11

Тема: Общие сведения об измерении физических величин. 11

Вопросы для изучения. 11

1. Общие сведения об измерении физических величин. Термины и определения. 11

2. Классификация видов и методов измерений. Классификация погрешностей измерений. 11

Лекция 2 30

Тема: Технические средства и методы измерений. 30

Вопросы для изучения. 30

1. Технические средства измерений электрических величин. Классификация средств измерений. Метрологические характеристики средств измерений. 30

2. Электромеханические измерительные приборы. Электронные измерительные приборы. 30

3. Цифровые измерительные приборы. 30

Лекция 3 54

Тема: Технические средства и методы измерений. 54

Вопросы для изучения. 54

1. Методы и средства измерений электрических величин. Измерение постоянного тока и напряжения. Измерение переменного тока и напряжения. 54

2. Измерение мощности и энергии. Измерение фазы и частоты. 54

Лекция 4 67

Тема: Технические средства и методы измерений. 67

Вопросы для изучения. 67

1. Методы и средства измерений параметров измерительных цепей. Измерение сопротивления постоянному току. 67

2. Измерение емкости и тангенса угла потерь. Измерение индуктивности, добротности и взаимной индуктивности. 67

Лекция 5 77

Тема: Общие характеристики аналоговых сигналов и устройств. 77

Вопросы для изучения. 77

1. Общие характеристики аналоговых сигналов и устройств. Виды и характеристики аналоговых сигналов, информационные параметры сигналов. 77

2. Основные функциональные узлы электронных устройств. Основные типы электрических схем. Характеристики простейшей электрической цепи. 77

Лекция 6 87

Тема: Элементная база современных электронных устройств. 87

Вопросы для изучения. 87

1. Пассивные элементы электронных устройств. Классификация элементов электронных устройств. Резисторы. Конденсаторы. Катушки индуктивности. 87

Лекция 7 102

Тема: Элементная база современных электронных устройств 102

Вопросы для изучения 102

1 Полупроводниковые приборы. Принцип образования и основные свойства p-n-перехода. Полупроводниковые диоды. 102

2 Биполярные и униполярные транзисторы. Тиристоры. 102

3 Индикаторы. Классификация и характеристики устройств отображения информации. Полупроводниковые индикаторы. Газоразрядные индикаторы. Жидкокристаллические индикаторы. 102

Лекция 8 122

Тема: Усилители переменного и постоянного токов. 122

Вопросы для изучения. 122

1. Назначение, классификация и основные параметры усилителей. 122

2. Обратная связь в усилителях. 122

3. Резистивно-емкостные усилители. Погрешности резистивно-емкостного усилителя. Разновидности резистивно-емкостных усилителей. Усилители мощности. 122

Лекция 9 136

Тема: Преобразователи и генераторы на базе операционных усилителей. 136

Вопросы для изучения. 136

1. Усилительные каскады на полевых транзисторах. Многокаскадные усилители. Усилители постоянного тока с непосредственными связями. 136

Лекция 10 142

Тема: Преобразователи и генераторы на базе операционных усилителей. 142

Вопросы для изучения. 142

1. Операционные усилители. Дифференциальные каскады усилителей постоянного тока. 142

2. Общие сведения об операционных усилителях. Параметры и характеристики операционных усилителей. Погрешности операционных усилителей. 142

Лекция 11 155

Тема: Преобразователи и генераторы на базе операционных усилителей. 155

Вопросы для изучения. 155

1. Преобразователи на базе операционных усилителей. Схемы генераторов и формирователей на базе ОУ. Гармонические генераторы на ОУ. 155

2. Релаксационные формирователи и генераторы. Усилители с преобразованием спектра входного сигнала. Интегральное исполнение операционных усилителей и компараторов. 155

Лекция 12 168

Тема: Вторичные источники питания электронной аппаратуры. 168

Вопросы для изучения. 168

1. Классификация вторичных источников питания. Аналоговые вторичные источники питания. 168

2. Принцип импульсной стабилизации напряжения. Импульсные вторичные источники питания. 168

Лекция 13 178

Тема: Основы цифровой электроники, цифровые устройства. 178

Вопросы для изучения. 178

1. Основные понятия импульсной техники. Параметры импульсных сигналов. Импульсные цепи. 178

2. Интегрирующая цепь. Неискажающая цепь. Разделительная цепь. Дифференцирующая цепь. 178

Лекция 14 187

Тема: Основы цифровой электроники, цифровые устройства. 187

Вопросы для изучения. 187

1. Математическое введение в цифровую технику. Системы счисления, используемые в цифровой технике. 187

2. Числовые коды, представление отрицательных чисел. 187

Лекция 15 196

Тема: Основы цифровой электроники, цифровые устройства 196

Вопросы для изучения. 197

1. Основы алгебры логики. Определение функции алгебры логики. 197

2. Минимизация функций алгебры логики. 197

Лекция 16 208

Тема: Основы цифровой электроники, цифровые устройства. 208

Вопросы для изучения. 208

1. Логические элементы. Транзисторные ключи. 208

2. Базовый логический элемент И-НЕ серии ТТЛ. Базовый логический элемент И-НЕ серии КМОП. Базовый логический элемент ИС серии ЭСЛ. 208

Лекция 17 219

Тема: Основы цифровой электроники, цифровые устройства. 219

Вопросы для изучения. 219

1. Понятие комбинационного цифрового устройства, микросхемы комбинационного типа малой степени интеграции. Синтез комбинационного цифрового устройства. 219

2. Сумматоры. Дешифраторы и шифраторы. Мультиплексоры и демультиплексоры. Цифровые компараторы. 219

Лекция 18 233

Тема: Основы цифровой электроники, цифровые устройства 233

Вопросы для изучения 233

1 Определение последовательностного цифрового устройства. 233

2 Триггеры. Счетчики. Регистры. 233

Лекция 19 255

Тема: Основы цифровой электроники, цифровые устройства 255

Вопросы для изучения 255

1 Полупроводниковые запоминающие устройства. Общая характеристика полупроводниковых запоминающих устройств. 255

2 Статическое оперативное запоминающее устройство. Динамическое оперативное запоминающее устройство. Постоянное запоминающее устройство. 255

Лекция 20 274

Тема: Основы цифровой электроники, цифровые устройства 274

Вопросы для изучения 274

1 Преобразователи кодов. Использование ПЗУ в качестве преобразователя кодов, преобразователи двоично-десятичных кодов. 274

2 Преобразователи для элементов индикации. 274

Лекция 21 287

Тема: Основы цифровой электроники, цифровые устройства. 287

Вопросы для изучения. 287

1. Программируемые логические интегральные схемы. Принципы структурной организации программируемых логических интегральных схем 287

2. Особенности проектирования цифровых устройств на базе ПЛИС. 287

Лекция 22 295

Тема: Аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи. 295

Вопросы для изучения. 295

1. Общие принципы и характеристики аналого-цифрового и цифроаналогового преобразований. 295

2. Цифроаналоговые преобразователи. Аналого-цифровые преобразователи. 295

Лекция 23 319

Тема: Измерительные информационные системы 319

Вопросы для изучения 319

1 Виды и структуры измерительных информационных систем. Основные компоненты измерительных информационных систем. 319

2 Математические модели и алгоритмы измерения измерительных информационных систем. 319

Лекция 24 326

Тема: Измерительные информационные системы 326

Вопросы для изучения 326

1 Телеизмерительные системы. Системы автоматического контроля. 326

2 Системы технической диагностики. Системы распознавания образов. Статистические измерительные системы. 326

Лекция 25 339

Тема: Измерительные информационные системы. 339

Вопросы для изучения. 339

1. Компьютерные измерительные системы. 339

2. Интеллектуальные измерительные системы. Интерфейсы измерительных информационных систем. Метрологический анализ. 339

Лекция 26 350

Тема: Измерительные информационные системы. 350

Вопросы для изучения. 350

1. Примеры телеизмерительных систем и систем автоматического контроля в энергетике. 350

Лекция 27 361

Тема: Измерительные информационные системы. 361

Вопросы для изучения. 361

1. Автоматизированные системы коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ). 361

Список рекомендуемой литературы 370