Электротехника и электроника. Ч. 1

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ 

РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное 

учреждение высшего образования

«Южный федеральный университет»
Инженерно-технологическая академия

Д.А. Кравчук
С.С. Снесарев

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

Часть 1

Учебное  пособие 

Таганрог 

Издательство Южного федерального университета

2016

УДК: 621.3(075.8)+621.38(075.8)
ББК 31.2я73+32.85я73

Э455

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Южного федерального университета

Рецензенты:

кандидат технических наук, доцент кафедры механики

Южного федерального университета Шаповалов Р.Г.;

кандидат технических наук, доцент кафедры информационных 

и измерительных систем и технологий Южно-Российского
государственного политехнического университета (НПИ) 

им. М.И. Платова Алексанян Г.К.

Кравчук, Д.А.

Электротехника и электроника: учебное пособие Ч.1.

/ Кравчук Д.А., Снесарев С.С. ; Южный федеральный 
университет
–
Таганрог
: 
Издательство
Южного 

федерального университета, 2016. – 100с.
ISBN 978-5-9275-2210-1

Учебное 
пособие 
предназначено
для 
студентов, 

обучающихся по направлениям 12.03.01 «Приборостроение», 
12.03.04 «Биотехнические системы и технологии», 27.03.01 
«Стандартизация и метрология», 17.03.01 «Корабельное 
вооружение».

Содержит 
краткие 
теоретические 
сведения 
по 

рассматриваемым темам, задания к  каждой теме, контрольные 
вопросы. Для студентов всех форм обучения.

ISBN 978-5-9275-2210-1

УДК: 621.3(075.8)+621.38(075.8)

ББК 31.2я73+32.85я73

© Южный федеральный университет, 2016
© Кравчук Д.А., Снесарев С.С., 2016

Э455

Содержание

Введение…………………………………………………...4
1. Электрические цепи постоянного и переменного тока.. 6
1.1. Краткие теоретические сведения………………………6
1.2. Задания…………………………………………………..9
1.3. Примеры решения задач……………………………….18
2. Полупроводниковые приборы ……………………… ...25
2.1. Краткие теоретические сведения……………………..25
2.2. Задания………………………………………………...28
3. Транзисторы……………………………………………....37
3.1. Краткие теоретические сведения………………………37
3.2. Расчет схем на транзисторах…………………………...50
3.3. Задания………………………………………………….63
4. Обратные связи в усилителях …………………………...72
4.1. Краткие теоретические сведения……………………...72
4.2. Задания…………………………………………………..78
5. Двухкаскадные усилители…………………………….....81
5.1. Краткие теоретические сведения……………………...81
5.2. Задания…………………………………………………..84
6. Логические функции и ЛЭ. Цифровые ИМС…………...87
6.1. Краткие теоретические сведения……………………...87
6.2. Задания………………………………………………….91

Введение

Электроника –
это область
науки, техники и 

производства, охватывающая исследование, разработку и 
изготовление электронных приборов и устройств, а также 
принципов их использования.

К 
электронным 
элементам, 
применяемым 
в

электронных приборах, относятся электронные
лампы, 

транзисторы, интегральные схемы, логические элементы и 
т.д.Наибольшее применение в настоящее время нашли 
устройства на полупроводниковых приборах. Основным 
элементом большинства полупроводниковых приборов 
является электронно-дырочный переход, представляющий 
собой 
переходной 
слой 
между 
полупроводниками 

различной проводимости.

В электрических схемах
электронные приборы и 

устройства
соединяются 
между 
собой 
с 
помощью 

электрических цепей, в состав которых входят такие 
радиоэлементы, как резисторы, конденсаторы, катушки
индуктивности, обеспечивающие соответствующие режимы 
работы 
полупроводниковых 
приборов. 
Приборы,

соединённые
между 
собой 
электрическими 

цепями,называются электронной цепью [1].

Основные сведения из теории электрических цепей
Электрическая 
цепь 
обеспечивает 
протекание 

электрического тока от источника электрической энергии 
(гальванического элемента, аккумулятора или генератора) к 
потребителю 
(приёмнику)
электрической 
энергии 

(светодиод, нагревательный элемент, громкоговоритель и 
т.п.).

На принципиальных схемах источники электрической 

энергии 
характеризуются 
электродвижущей 
силой 

(ЭДС),которая в схемах обозначается буквой Е. При этом 

могут использоваться различные источники электрической 
энергии с различными зависимостями ЭДС от времени[2].

В 
электронных 
приборах 
переносного 
типа 

источниками
постоянного 
напряжения 
(рис.1.1, 
а) 

являютсягальванические элементы,солнечные батареи и
аккумуляторы. Источником переменного (синусоидального) 
напряжения (рис.1.1, б) являются различные генераторы и 
электрическая 
сеть. 
Для 
генерации 
прямоугольных 

импульсных сигналов (рис.1.1, в) применяются различного 
типа
генераторы 
на 
тиристорах, 
транзисторах, 

операционных усилителях.

а

б

в

Рис.1.1. ЭДС различных источников электрической 

энергии:

а –источник постоянного напряжения;
б –источник переменного напряжения;
в – источник прямоугольных импульсов напряжения

1.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО И 

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Цель работы: используя теоретические знания 

основных законовфизики и электротехники,произвести 
расчет схем согласно заданию.

1.1.
Краткие теоретические сведения

Электрический ток измеряют по косвенным параметрам, 

например, по величине возникающей магнитной силы или по 
количеству 
тепла, 
выделяющегося 
при 
механическом 

смещении заряженных частиц.

При 
расчете 
электрической 
цепи 
по 
косвенным 

параметрам применяется закон Ома,U=RI, определяющий 
переход электрической энергии в тепловую, где R=l/S   
сопротивление 
цепи, 
которое 
зависит 
от 
удельного 

сопротивления материала и его геометрических размеров: 
длины l и площади S.

Кроме закона Ома, который применим как для участка 

цепи, так и для общей цепи, для анализа электрических цепей 
необходимо знание и законов
Кирхгофа.Первый закон 

Кирхгофа гласит: алгебраическая сумма токов, протекающих 
через узел цепи, равна нулю, т.е. сумма всех токов, втекающих 
в узел, равна сумме всех токов, вытекающих из этого узла. 
Второй закон Кирхгофа гласит о том, что сумма напряжений 
на участках цепи и всех ЭДСпри обходе по контуру равна
нулю. 

Эти основные законы электрической цепи позволяют 

записать в математической форме уравнения энергетического 
и зарядового баланса замкнутой электрической системы 2    4].

При анализе цепей необходимо также учитывать, что 

напряжение на конденсаторе не может мгновенно изменять 

свою 
величину 
и 
изменяется 
во 
времени 
по 

экспоненциальному 
закону 
)
1(
/ RC
t

Г
ВЫХ
е
U
U



, 
где 

величина RC=τ называется постоянной времени цепи. При 
подаче прямоугольного импульса на схему цепи, приведенной 
на рис. 1.2, происходит изменение формы импульса в виде 2-х 
скачков напряжения,форма которого приведена на рис.1.2, в.
Такая цепь получила название интегрирующая RC- цепь.

а

б

в

Рис.1.2. Схема интегрирующей RC-цепи:
а – прямоугольный импульс;
б–представление прямоугольного импульса в виде двух 

ступенекнапряжения бесконечной длительности;

в – выходной импульс

Временные 
диаграммы 
напряженийна 
выходе 

интегрирующей RC-цепи, при подаче на ее вход напряжения 
прямоугольнойформыпоказаны на рис.1.3.

а

б

Рис.1.3. Импульсы напряжения: а – на входе; б– на 

выходе интегрирующейRC-цепи

Импульсный 
процессхарактеризуетсяследующими 

параметрами:tФ
–
время 
нарастания 
фронта, 
который 

определяется как время, в течение которого напряжение на 
выходе 
изменяется 
от 
уровня 
0,1UВЫХ
до 
0,9UВЫХ, 

напряжением 
выхода 
UВЫХ
и 
постоянной 
времени 

цепиτ(рис.1.3,б). 
Для 
рассматриваемой 
RC-цепи 
tФ

определится по формуле: tФ=2,2τ [1,2].

1.2 Задания

Задания выполняются студентом согласно варианту, 

соответствующему последним цифрам номеразачетки(4 
задания для каждого варианта). 

При выполнении задания необходимо оформить 

титульный 
лист 
с 
указанием 
института, 
кафедры, 

предмета, номер варианта, названия работы, группы, 
Ф.И.О. студента. 

Прирешении задачи необходимо изложить порядок 

расчета, привести необходимые формулы, а затем 
числовые значения с указанием размерности (Ом, В, мВ, А 
и т.д.)[3].

Вар.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Зад.
2,8,
11,18

2,5,
10,17

3,9,
11,16

4,7,
12,20

5,13,
14,17

1,9,
18,20

3,4,
11,19

5,6,
8,18

4,7,
12,14

1,14,
15,16

Вар.
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

Зад.
1,6,
17,18

4,10,
19,20

5,9,
15,16

2,8,
9,18

9,7,
11,17

6,12,
16,18

1,12,
13,16

2,10,
12,19

3,9,
14,18

1,3,
12,20

Задание 1

Тема: Контурные токи
Определить ток J источника тока, если контурный 

ток I22 = 2А, ток в ветви I2 =6А.

Задание 2

Тема: Переходные процессы в RС- цепях первого 

порядка

Как изменится длительность переходного процесса 

при переводе переключателя из положения I в положение 
II, если уменьшитьR2? Если уменьшить R1?

Задание 3

Тема: Основные понятия и законы
Рассчитать 
постоянную 
времени 
цепи, 
если 

L = 100 мГн, R= 10 Ом.

Задание 4

Тема: Баланс мощностей
Определить мощность источника Е2, если источник 

E1 доставляет в цепь мощность Р1 = 50 Вт, а резистивные 
элементы R1 и R2 потребляют мощностьРR= 30 Вт.

Задание 5

Тема: 
Эквивалентные 
преобразования 
линейных 

электрических цепей

Определить входное сопротивление Rвх цепи, если 

сопротивление резистора R= 12 Ом.

Задание 6

Тема: 
Способы 
представления 
синусоидальных 

электрических величин

Записать значение напряжения U , В, если I=  j5А,Z

= j10 Ом.

Задание 7

Тема: Законы Ома и Кирхгофа
Для приведенной схемы составить уравнения по 

первому и второму законам Кирхгофа.