Электротехника с основами электроники

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

С ОСНОВАМИ 
ЭЛЕКТРОНИКИ

А.К. Славинский, И.С. Туревский

Допущено 

Министерством образования Российской Федерации

в качестве учебного пособия для студентов 

образовательных учреждений 

среднего профессионального образования

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Москва 

ИД «ФОРУМ» — ИНФРА-М

2021

УДК  621.38(075.32) 
ББК  32.85я723
 
С47

Славинский А.К.

С47 
 
Электротехника с основами электроники : учебное пособие / 

А.К. Славинский, И.С. Туревский. — Москва : ИД «ФОРУМ» : 
ИНФРА-М, 2021. — 448 с. — (Среднее профессиональное образование).

ISBN 978-5-8199-0747-4 (ИД «ФОРУМ») 
ISBN 978-5-16-013578-6 (ИНФРА-М, print) 
ISBN 978-5-16-106242-5 (ИНФРА-М, online)

В учебном пособии излагаются основы расчета электрических цепей 

постоянного и переменного токов, дается описание электрических машин, 
электронных приборов, ЭВМ и т.д. Приведены новые материалы по интегральным микросхемам, микропроцессорам и микроЭВМ.

Для студентов неэлектротехнических специальностей средних спе
циальных учебных заведений.

УДК 621.38(075.32)

ББК 32.85я723

Р е ц е н з е н т ы:

доктор технических наук, профессор Московского государствен
ного технического университета (МАМИ) В.И. Ерохов;

кандидат технических наук, доцент, преподаватель высшей кате
гории Московского государственного техникума технологий и права 
А.И. Ильянков

ISBN 978-5-8199-0747-4 (ИД «ФОРУМ») 
ISBN 978-5-16-013578-6 (ИНФРА-М, print) 
ISBN 978-5-16-106242-5 (ИНФРА-М, online)

© Славинский А.К., 

Туревский И.С., 2016

© ИД «ФОРУМ», 2016

Введение

Электротехника — это наука о процессах, связанных с практическим применением электрических и магнитных явлений. 
Так же называют отрасль техники, которая использует их в промышленности, медицине, военном деле, транспорте и связи.

Непрерывное расширение области применения электрической энергии влечет за собой глубокое внедрение электротехники во все отрасли промышленности, сельского хозяйства и быта, 
что требует дальнейшего подъема электровооруженности труда, 
широкой автоматизации производственных процессов и использования автоматизированных систем управления.

Можно выделить три основных направления электротехники: 1) преобразование различных видов энергии в электрическую и обратно; 2) превращение одних веществ природы в другие; 3) обработка и передача информации.

Научно-технический прогресс невозможен без электрификации всех отраслей народного хозяйства. Потребности народного 
хозяйства в электрической энергии непрерывно растут, что приводит к увеличению ее производства.

В условиях научно-технической революции особенно отчетливо проявилась диалектическая связь науки, техники и производства. Наука стала непосредственной производительной силой, 
а научные достижения оказались в существеннейшей степени зависящими от уровня развития и возможностей современных технологий.

Электроникой называют область науки, техники и производства, в которой разрабатываются принципы производства и совершенствования электронных приборов, методы их инженерного расчета и технологического обеспечения, способы создания 
электронных систем для нужд народного хозяйства.

Широкое использование электронной аппаратуры обусловлено ее быстродействием, точностью, высокой чувствительностью, малым потреблением энергии, постоянно возрастающей

Введение

экономичностью, что требует высокой профессиональной подготовки специалистов, подразумевающей свободное владение 
системой знаний, умений и навыков в актуальный для них областях электротехники.

Таблица 0.1. Основные и производные единицы международной системы 
единиц СИ, использованные в книге

Физическая величина
Наименование единицы
Обозначение

Длина
метр
м

Масса
килограмм
кг

Время
секунда
с

Сила электрического тока
ампер
А

Плоский угол
радиан
рад

Площадь
квадратный метр
м2

Объем, вместимость
кубический метр
м3

Скорость (линейная)
метр в секунду
м/с

Ускорение
метр на секунду в квадрате
м/с2

Угловая скорость
радиан в секунду
рад/с

Частота периодического процесса, частота колебаний
герц
Гц

Частота вращения*
секунда в минус первой 
степени
с-1

Плотность
килограмм на кубический метр
кг/м3

Момент инерции
килограмм-метр в квадрате
кг ■ м2

Сила, сила тяжести (вес)
ньютон
Н

Момент силы, момент пары сил
ньютон-метр
Н ■ м

Давление, нормальное напряжение
паскаль
Па

Работа, энергия
джоуль
Дж

Мощность
ватт
Вт

Температура по Цельсию
градус Цельсия
ос

Теплота, количество теплоты
джоуль
Дж

Количество электричества (электрический заряд)
кулон
Кл

Введение
5

Окончание табл. 0.1

Физическая величина
Наименование единицы
Обозначение

Напряженность электрического 
поля
вольт на метр
В/м

Электрическое напряжение, 
электрический потенциал, электродвижущая сила

вольт
В

Электрическая емкость
фарада
ф

Плотность электрического тока
ампер на квадратный метр
А/м2

Линейная плотность электрического тока
ампер на метр
А/м

Напряженность магнитного поля
ампер на метр
А/м

Магнитодвижущая сила, разность магнитных потенциалов
ампер
А

Магнитная индукция
тесла
Тл

Магнитный поток
вебер
Вб

Индуктивность, взаимная индуктивность
генри
Гн

Абсолютная магнитная проницаемость
генри на метр
Гн/м

Намагниченность (интенсивность намагничивания)
ампер на метр
А/м

Электрическое сопротивление 
(активное, реактивное, полное)
ом
Ом

Электрическая проводимость 
(активная, реактивная, полная)
сименс
См

Удельное электрическое сопротивление
ом-метр
Ом ■ м

Удельная электрическая проводимость
сименс на метр
См/м

Магнитное сопротивление
генри в минус первой степени
Гн-1

Магнитная проводимость
генри
Гн

Мощность активная
ватт
Вт

Электромагнитная энергия
джоуль
Дж

* В технических документах, каталогах и заводской практике частоту вращения принято измерять в единицах «обороты в минуту», обозначение об/мин или 
мин-1; 1 об/мин = 60 с-1.

Введение

Таблица 0.2. Единицы, допускаемые к применению наравне с единицами СИ

Величина
Наименование

единицы

Обозначение

единицы

Соотношение 
с единицей СИ

Масса
тонна
т
103 кг

Время

минута
мин
60 с

час
ч
3600 с

сутки
сут
86 400 с

Плоский угол

градус
О
я/180 рад »

* 1,745329 ■ 10-2 рад

минута
я/10800 рад *

* 2,908882 ■ 10 -4 рад

секунда
..."
я/648 000 рад *

* 4,848137 ■ 10-6 рад

Объем, вместимость
литр
л
10-3 м3

Механическое напряжение

ньютон на квадратный миллиметр
Н /мм2
1 МПа

Полная мощность
вольт-ампер
В • А

Реактивная мощность
вар
вар

Таблица 0.3. Условные обозначения элементов и устройств на электрических 
схемах

Наименование
Обозначение

Электрические машины: 
а — генератор переменного хода; 
б — двигатель переменного хода; 
в — трехфзный асинхронный двигатель с 
короткозамкнутым ротором; 

г — двигатель постоянного тока независим о го  возбуждения;

д — то же, последовательного возбуждения; 
е — то же, параллельного возбуждения; 
ж — то же, смешанного возбуждения; 
з — то же, с двумя последовательными обмотками возбуждения (реверсивный двигатель

(о) 
( “)  
(^)

а 
б 
в

L r r r r J  £; 
_ rw w _

г
д
е
 

ж 
3

Введение
7

Окончание табл. 0.3

Наименование

Трансформаторы: 

а — трансформатор; 

б — автотрансформатор; 

в — реактор;

г, д — трехфазный трансформатор, соединение обмоток звезда — звезда с нейтральным проводом;

е, ж — трехфазный трансформатор, соединение обмоток звезда — звезда с нейтральным проводом — треугольник

Обозначение

д

Выключатели:

а — однополюсный выключатель; 

б — однополюсный разъединитель; 

в — трехполюсный разъединитель;

г, д — трехполюсный выключатель автоматический;

е — путевой однополюсный выключатель; 

ж — кнопка замыкающая с самовозвратом; 

з — кнопка размыкающая с самовозвратом; 

и — кнопка замыкающая без самовозврата; 

к — кнопка размыкающая без самовозврата

I I I
Г П

I

I I I
m

I
!*

Катушки электромеханических устройств 
(реле, контакторы и т. п.)

а — общее обозначение; 

б — катушка с одной обмоткой

Конденсаторы: 

а — постоянный; 

б — переменный; 

в — подстроечный; 

г — электролитический

а
# * 4

б
е
г

Раздел I

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Глава 1
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

Во всяком теле содержатся элементарные частицы, некоторые из которых обладают электрическими зарядами. Присутствием в теле заряженных частиц и объясняются электрические 
свойства тел. Такие частицы, как электрон, протон, позитрон и 
антипозитрон, имеют равные по абсолютному значению заряды, при этом заряд электрона отрицателен, а заряд протона положителен.

Всякая совокупность электрических зарядов обладает электрическим полем и совместно с ним образует единую материальную систему.

Указанные частицы вместе с нейтронами входят в состав 
атомов вещества, однако они могут находиться и в свободном 
состоянии.

Тела с одноименными зарядами отталкиваются, тела с разноименными зарядами притягиваются! Электрически заряженные 
тела неразрывно связаны с окружающими их электрическими 
полями, через которые и осуществляется взаимодействие электрически заряженных тел.

Таким образом, электрическое поле — одна из двух сторон 
электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на 
электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной 
заряду частицы и не зависящей от ее скорости.

Глава 1. Электрическое поле
9

Следовательно, всякое изменение взаимного расположения 
электрических зарядов в данной системе, равно как и изменение 
величин этих зарядов во времени, неизбежно связано с изменением их электрического поля.

Рассмотрим электрическое поле уединенного неподвижного 
точечного заряженного тела с зарядом Q (рис. 1.1, а), расположенного в горизонтальной плоскости. Поместим в точку А этой 
плоскости пробное заряженное тело с зарядом q. Так как оба 
тела заряжены положительно, то сила отталкивания действует по 
линии центров этих зарядов; q будет перемещаться в радиальном 
направлении. Помещая q в другие точки вокруг Q, получим картину, которая условно изображает электрическое поле с помощью линий, называемых силовыми (рис. 1.1, б). Силовые линии 
уединенного точечного заряда представляют собой прямые, исходящие от этого тела.

Рис. 1.1. Электрическое поле уединенного заряженного тела

1.1. Основные свойства и характеристики 
электрического поля

Электрическое поле — это такой вид материи, через которую 
осуществляется физический процесс взаимодействия электрических зарядов — взаимное притяжение разноименных электрических зарядов и отталкивание одноименных.

Если взаимодействие электрических зарядов осуществляется 
через их собственные электрические поля, значит поле действует 
непосредственно на эти заряды.

В природе имеется бесконечное многообразие электрических 
полей, отличающихся друг от друга по конфигурации, силе, 
электрической энергии, запасенной в них, и т. д.

Раздел I. Электротехника

Для исследования электрических полей обычно применяют 
пробный электрический заряд +q, т. е. положительный единичный заряд, настолько малый по величине, что его присутствие в 
исследуемом электрическом поле практически не влияет ни на 
силу, ни на энергию, ни на конфигурацию этого поля.

Если пробный электрический заряд внести в электрическое 
поле, то на него будет действовать сила поля, или, иначе говоря, 
электрическая сила, стремящаяся перемещать его в строго определенном направлении.

Траектория, которую опишет пробный электрический заряд 
при своем перемещении под действием сил поля, называется 
электрической силовой линией (рис. 1.2, а).

Рис. 1.2. Силовые линии электрического поля: а — изображение электрической 
силовой линии; б — силовые линии электрического поля

Направление электрической силовой линии совпадает с направлением движения вдоль нее пробного электрического заряда.

Следовательно, электрическая силовая линия — это геометрическая линия, в любой точке которой сила поля F3 (электрическая сила), действующая на пробный электрический заряд, совпадает с направлением касательной к этой линии (рис. 1.2, а).

Электрические силовые линии начинаются на положительных электрических зарядах и оканчиваются на отрицательных. 
Это понятно, так как пробный электрический заряд под действием поля всякий раз будет перемещаться от положительного заряда к отрицательному.

На рис. 1.2, б изображены силовые линии электрического 
поля системы двух разноименных электрических зарядов.

Здесь мы видим, что электрические силовые линии имеют 
направление от положительного заряда к отрицательному, что и 
отмечено на этих линиях условными стрелками.

Глава 1. Электрическое поле
11

Графическое изображение электрического поля с помощью 
электрических силовых линий облегчает изучение этого поля. 
Во-первых, направление электрических силовых линий дает 
представление о направлении поля и, следовательно, о направлении действия электрических сил в каждой точке поля; во-вторых, густота расположения электрических силовых линий, как 
это мы увидим далее, характеризует величину силы поля.

Всякое электрическое поле, как некоторый вид материи, обладает энергией. Величина энергии электрического поля зарядов 
зависит от количества электрических зарядов, создающих поле, 
от их взаимного расположения и физических свойств среды, где 
существует поле. Следовательно, при всяком изменении взаимного расположения электрических зарядов в поле энергия этого 
поля как-то должна изменяться по величине.

Если электрические заряды перемещаются под влиянием сил 
поля, например разноименные электрические заряды сближаются или одноименные удаляются, то электрическая энергия этого 
поля убывает, так как в этом случае она преобразуется в иные 
виды энергии.

Наоборот, если какие-либо внешние силы, называемые 
обычно сторонними силами Ест, будут удалять друг от друга разноименные электрические заряды или сближать одноименные, 
то они, преодолевая сопротивление этому движению со стороны 
сил поля зарядов Еэ, будут совершать некоторую работу за счет 
расхода какой-нибудь иной энергии, например химической, механической и т. д.

В результате этого энергия электрического поля зарядов возрастет.

Силы поля зарядов Еэ и внешние (сторонние) силы Ест в рассматриваемом явлении выступают как силы противоречивые, 
стремящиеся перемещать электрические заряды в прямо противоположных направлениях. От соотношения величин этих сил 
зависят характер и направление движения электрических зарядов в поле.

Всякое электрическое поле зарядов занимает некоторую область пространства. Однако оно не является резко ограниченным материальным объектом. Если говорят, что электрическое 
поле зарядов занимает некоторую область пространства, то под 
этим подразумевают, что во всех прочих областях пространства 
оно настолько слабо себя проявляет, что действием сил его там 
можно практически пренебречь.