У підручнику викладено навчально-теоретичний матеріал, який супроводжується численними прикладами. Частина з електротехніки описує основні поняття і закони електричних і магнітних кіл, співвідношення електричних і енергетичних величин, які характеризують стан цих кіл. Також розглянуті конструкція, принцип дії, характеристики та принципи управління таких електротехнічних пристроїв, як трансформатори, електровимірювальні прилади, електричні апарати, електричні машини постійного та змінного струму. У частині, що стосується електроніки, подані напівпровідникові прилади (резистори, діоди, транзистори, тиристори, інтегральні мікросхеми, силові напівпровідникові модулі, фото- та оптоелектронні прилади), електронна схемотехніка (випрямлячі та інші перетворювачі, підсилювачі, генератори, ключі, електронна логіка, тригери, генератори імпульсів, типові комбінаційні та послідовнісні пристрої, цифро-аналогові і аналого-цифрові перетворювачі). З мікропроцесорної техніки подані типові структури мікропроцесора та мікропроцесорної системи, основи програмування мікропроцесорів, організація та функціонування стекової пам'яті та переривань, загальні пристрої пам'яті, організація і функціонування інтерфейсу, мікроконтролери. Призначений для студентів вищих навчальних закладів. Зміст ПЕРЕДМОВА........................................................................................................11 ВСТУП...................................................................................................................13 8.1. Базові знання для засвоєння курсу "Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка"....................................................................................13 8.2. Закони електромагнетизму.........................................................................17 1. ОСНОВИ АНАЛІЗУ ЕЛЕКТРИЧНИХ КІЛ...................................................22 1.1. Основні поняття про електричні кола.......................................................22 1.2. Поняття про електричні схеми...................................................................26 1.3. Ідеальні елементи електричних схем заміщення......................................27 1.4. Параметри реальних об'єктів та приклади електричних схем заміщення………………………………………………………………………..33 1.5. Визначення параметрів схем заміщення приймача і джерела електричної енергії в колі постійного струму.........................................................................38 1.6. Структурні поняття електричних кіл..........................................................41 1.7. Закони Кірхгофа в електричних колах.....................................................42 1.8. Енергія і потужність в електричних колах.................................................44 1.9. Діюче значення періодичного струму........................................................46 2. ЕЛЕКТРИЧНІ КОЛА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ...........................................48 2.1. Загальні зауваження щодо розрахунків електричних кіл........................48 2.2. Основні розрахункові співвідношення в одноконтурному колі постійного струму.................................................................................................49 2.3. Характеристики і режими роботи лінійного джерела електроенергії постійного струму................................................................................................50 2.4. Метод еквівалентних перетворень...........................................................53 2.5. Метод безпосереднього застосування законів Кірхгофа.......................58 2.6. Метод контурних струмів.........................................................................60 2.7. Метод еквівалентного генератора...........................................................64 3. КОЛА СИНУСОЇДНОГО СТРУМУ.............................................................68 3.1. Отримання синусоїдних електричних величин......................................68 1 3.2. Форми зображення синусоїдних електричних величин......................69 3.3. Співвідношення напруги і струму на ідеальних елементах схем заміщення..............................................................................................................75 3.4. Співвідношення напруги і струму на ділянці кола з послідовним з'єднанням ідеальних елементів R, L, С.............................................................78 3.5. Співвідношення напруги і струму на ділянці кола з паралельним з'єднанням ідеальних елементів..........................................................................81 3.6. Взаємні перетворення ділянок кола з послідовним і паралельним з'єднанням ідеальних елементів..........................................................................84 3.7. Загальні випадки послідовного і паралельного з'єднання елементів…86 3.8. Змішане з'єднання приймачів електроенергії...........................................89 3.9. Потужність уколах синусоїдного струму..................................................93 3.9.1. Потужність на ідеальних елементах.......................................................93 3.9.2. Потужність на ділянці кола з послідовним з'єднанням ідеальних елементів R, L, С....................................................................................................95 3.9.3. Потужності в загальному випадку кола синусоїдного струму ……...97 3.9.4. Баланс потужності у колах синусоїдного струму.................................98 3.10. Отримання параметрів схем заміщення пасивного двополюсника …...99 3.11. Резонансні явища в колах синусоїдного струму....................................102 3.12. Основи символічного методу розрахунку кіл синусоїдного струму...................................................................................................................109 3.13. Еквівалентні перетворення кіл синусоїдного струму на підставі символічного методу...........................................................................................111 3.14. Загальні принципи використання символічного методу........................113 3.15. Комплексна потужність............................................................................114 3.16. Моделі електроенергетичної системи та підвищення коефіцієнта потужності............................................................................................................117 3.17. Кола синусоїдного струму з наявністю магнітного зв'язку...................122 4. ТРИФАЗНІ ЕЛЕКТРИЧНІ КОЛА.................................................................132 4.1. Отримання трифазної системи ЕРС.........................................................132 4.2. Способи з'єднання фаз трифазного джерела. Поняття про лінійні і фазні напруги.................................................................................................................133 4.3. Способи включення навантаження у трифазну електричну мережу...136 4.4. Основні розрахункові співвідношення у трифазному навантаженні........................................................................................................137 4.4.1. Схема зірка................................................................................................137 4.4.2. Схема трикутник.......................................................................................140 5. ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕСИ В ЕЛЕКТРИЧНИХ КОЛАХ.................................146 5.1. Загальне поняття про перехідні процеси і закони комутації................146 5.2. Загальні принципи аналізу перехідних процесів...................................147 5.3. Приклади аналізу перехідних процесів...................................................150 5.3.1. Вмикання котушки індуктивності до джерела постійної ЕРС …....150 5.3.2. Вмикання конденсатора до джерела постійної ЕРС (через резистор)………………………………………………………………………152 5.3.3. Відключення котушки індуктивності від джерела постійної ЕРС з розрядом на резистор..........................................................................................153 5.3.4. Відключення конденсатора від джерела постійної ЕРС з розрядом на резистор................................................................................................................155 5.3.5. Підключення котушки індуктивності до джерела синусоїдної ЕРС..156 5.3.6. Розряд конденсатора на котушку індуктивності..................................158 5.3.7. Підключення однієї з магнітозв'язаних котушок до джерела постійної ЕРС........................................................................................................................163 6. НЕЛІНІЙНІ ЕЛЕКТРИЧНІ КОЛА................................................................168 6.1. Поняття про лінійні і нелінійні електричні кола....................................168 6.2. Принципи розрахунку нелінійних електричних кіл................................170 6.2.1. Послідовне з'єднання елементів.............................................................170 6.2.2. Паралельне з'єднання елементів............................................................171 6.2.3. Змішане з'єднання елементів.................................................................171 6.2.4. Розрахунок електричного кола з послідовним з'єднанням лінійного та нелінійного елементів.........................................................................................173 7. КОЛА НЕСИНУСОЇДНОГО ПЕРІОДИЧНОГО СТРУМУ........................175 7.1. Поняття про кола несинусоїдного струму і принципи їхнього розрахунку..........................................................................................................175 7.2. Приклади розрахунку електричних кіл з періодичними несинусоїдними струмами.............................................................................................................177 7.3. Загальне уявлення про електричні фільтри............................................180 8. МАГНІТНІ ПОЛЯ І МАГНІТНІ КОЛА........................................................186 8.1. Загальне поняття про магнітне поле і магнітні величини.....................186 8.2. Поняття про магніторушійну силу та магнітну напругу........................188 8.3. Приклади визначення простіших структур магнітного поля................189 8.4. Магнітні властивості матеріалів...............................................................194 8.5. Загальне уявлення про магнітні кола.......................................................198 8.6. Прояви магнітного поля.............................................................................201 8.7. Закони магнітних кіл.................................................................................204 8.8. Задачі розрахунку магнітних кіл постійного магнітного потоку….....207 8.9. Аналіз стану магнітного кола з постійним магнітом..............................211 8.10. Фізичні процеси в котушці зі сталевим осердям при постійному магнітному потоці...............................................................................................212 8.11. Фізичні процеси в котушці зі сталевим осердям при змінному магнітному потоці...............................................................................................215 8.12. Співвідношення величин у котушці зі сталевим осердям при змінному магнітному потоці...............................................................................................216 8.12.1. Основний магнітний потік.....................................................................217 8.12.2. ЕРС від основного магнітного потоку..................................................217 8.12.3. Струм котушки........................................................................................218 8.12.4. ЕРС від магнітного потоку розсіювання..............................................220 8.12.5. Рівняння рівноваги напруг і векторна діаграма котушки зі сталевим осердям, що включена на синусоїдну напругу...............................................221 8.13. Потужність і втрати потужності в котушці зі сталевим осердям при змінному магнітному потоці............................................................................222 8.14. Електрична схема заміщення котушки зі сталевим осердям при змінному магнітному потоці.....................................................................226 8.15. Принципи розрахунку магнітного кола при синусоїдному магнітному потоці..................................................................................................................228 8.16. Вольтамперна характеристика і повний опір котушки зі сталевим осердям при змінній напрузі.............................................................................231 9. ТРАНСФОРМАТОРИ....................................................................................234 9.1. Призначення і будова трансформатора..................................................234 9.2. Принцип дії трансформатора....................................................................235 9.3. Рівняння напруг в обмотках трансформатора.........................................237 9.4. Рівняння струмів в обмотках трансформатора........................................238 9.5. Векторна діаграма напруг і струмів трансформатора.............................240 9.6. Потужності і втрати потужності у трансформаторі...............................241 9.7. Експериментальні дослідження трансформатора і визначення його параметрів і характеристик................................................................................243 9.7.1. Дослід неробочого ходу.........................................................................243 9.7.2. Дослід короткого замикання..................................................................244 9.7.3. Дослідження навантаження і експлуатаційні (робочі) характеристики трансформатора...................................................................................................245 9.8. Зміна напруги на затискачах вторинної обмотки трансформатора при навантаженні........................................................................................................247 9.9. Залежність ККД трансформатора від коефіцієнта струму навантаження.......................................................................................................248 9.10. Приклади розрахунку параметрів і характеристик трансформатора....249 9.11. Класифікація трансформаторів.................................................................251 9.12. Автотрансформатори.................................................................................254 9.13. Трифазні трансформатори .......................................................................255 9.14. Вимірювальні трансформатори ...............................................................257 10. ЕЛЕКТРИЧНІ ВИМІРЮВАННЯ................................................................259 10.1. Визначення і класифікація засобів і методів електричних вимірювань……………………………………………………………………..259 10.2. Вмикання електровимірювальних приладів і поширення границь вимірювань...........................................................................................................261 10.3. Похибки приладів та вимірювань............................................................263 10.4. Аналогові електромеханічні вимірювальні прилади..............................269 10.4.1. Принципова схема і загальна компоновка конструкції......................269 10.4.2. Принцип дії електромеханічних приладів різних систем.................. 272 10.5. Електронні вимірювальні прилади...........................................................275 10.5.1. Загальне поняття про цифрові прилади...............................................275 10.5.2. Електронні вольтметри..........................................................................276 10.5.3. Індикатор напруги та давач струму......................................................277 10.5.4. Реєстратори і самописці……………………………….……...............279 10.5.5. Осцилографи..........................................................................................280 10.5.6. Мікропроцесорний лічильник електроенергії....................................284 10.6. Приклади організації електричних вимірювань.....................................287 10.6.1. Вимірювання електричних опорів постійного струму......................287 10.6.2. Вимірювання активної потужності в трифазних колах.....................289 10.6.3. Вимірювання електричної енергії........................................................291 10.7. Електричні методи вимірювання неелектричних величин...................292 10.7.1. Основні поняття і визначення..............................................................292 10.7.2. Методи вимірювання магнітних величин............................................293 10.7.3. Вимірювання лінійних переміщень і товщини....................................295 10.7.4. Вимірювання механічних навантажень та тиску................................296 , 10.7.5. Вимірювання частоти обертання.........................................................297 10.7.6. Вимірювання температури.....................................................................299 11. ЕЛЕКТРИЧНІ АПАРАТИ............................................................................301 11.1. Загальне поняття про електричні апарати..............................................301 11.2. Приклад використання електричних апаратів.......................................302 11.3. Узагальнена структура електричного апарата.......................................303 11.4. Силовий електромагнітний механізм.....................................................304 11.5. Контакти комутуючі і проблема дугогасіння.........................................305 11.6. Комутаційні апарати.................................................................................307 11.7. Реле: загальне уявлення............................................................................314 11.8. Приклади конструкції і принципу дії реле.............................................316 11.9. Запобіжники..............................................................................................319 12. ЗАГАЛЬНЕ УЯВЛЕННЯ ПРО ЕЛЕКТРИЧНІ МАШИНИ......................323 12.1. Вихідні визначення..................................................................................323 12.2. Електрична машина як узагальнений конструктивний модуль............325 12.3. Магнітні поля в електричних машинах...................................................329 12.4. Створення обертового магнітного поля.................................................331 12.5. Приклади магнітних полів в електричних машинах..............................335 12.6. Поняття про реакцію якоря.......................................................................337 12.7. Основи принципу дії електричних машин..............................................339 12.8. Зауваження щодо застосування законів електромагнітної індукції і Ампера...............................................................................................................342 12.9. Потужності і втрати потужності в електричних машинах....................344 12.10. Головні розміри і параметри електричних машин...............................346 13. ЕЛЕКТРИЧНІ МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ...............................349 13.1. Загальні визначення..................................................................................349 13.2. Конструкція машини постійного струму................................................350 13.3. Основи принципу дії МПС...................................................................