У підручнику викладено навчально-теоретичний матеріал, який

супроводжується численними прикладами. Частина з електротехніки

описує основні поняття і закони електричних і магнітних кіл, співвід-

ношення електричних і енергетичних величин, які характеризують

стан цих кіл. Також розглянуті конструкція, принцип дії, характерис-

тики та принципи управління таких електротехнічних пристроїв, як

трансформатори, електровимірювальні прилади, електричні апарати,

електричні машини постійного та змінного струму. У частині, що сто-

сується електроніки, подані напівпровідникові прилади (резистори,

діоди, транзистори, тиристори, інтегральні мікросхеми, силові напів-

провідникові модулі, фото- та оптоелектронні прилади), електронна

схемотехніка (випрямлячі та інші перетворювачі, підсилювачі, гене-

ратори, 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 функціону-

вання стекової пам’яті та переривань, загальні пристрої пам’яті, орга-

нізація і функціонування інтерфейсу, мікроконтролери.

Призначений для студентів вищих закладів освіти.

                         3MiCT

Передмова ........................ 11

Bступ ..................................... 13

В.1.  Базові знання для засвоєння курсу «Електротехніка, електроніка та  мікропроцесорна  техніка».............13

В.2.   Закони електромагнетизму ......................................17

1.  OCHOBl!l  AHAnI3Y  EnEKTPl!lYHl!lX  KIn  .......................................  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.  EnEKTPl!lYHI KOnA nOCTIЙHOГO CTPYMY ........................................ 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. KOnA Cl!lHYCO'f,lJHOГO CTPYMY ..................................................................... 68

3.1. Отримання синусоїдних електричних величин..................................68

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, C..............................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 у колах 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, C  .............. 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 осердямпри 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 визначенняйого параметрів і характеристик ...............243

9.7.1.    Дослід неробочого у........................................................................................ 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....................................................................354

13.3.1.  Модель  МПС................................................. 354

13.3.2. ЕРС в обмотці якоря МПС .......................................... 357

13.3.3. Обертальний електромагнітний момент ................................. 360

13.4. Генераторний режим роботи МПС......................................................362

13.5. Двигунний режим роботи МПС ...........................................................364

13.6. Потужності і втрати потужності в МПС ............................................366

13.7.  Класифікація машин за способом збудження .................................368

13.8. Характеристики генераторів постійного струму..............................369

13.9. Робота МПС як двигуна  ...............................................372

13.9.1. Вихідні  положення............................................... 372

13.9.2. Способи пуску ДПС ......................................................... 373

13.9.3. Властивість саморегулювання ДПС ......................................................374

13.9.4.  Електромеханічна  (швидкісна)  характеристика  ДПС ............. 375

13.9.5. Механічна характеристика  ДПС................................................................. 375

13.9.6. Робочі (експлуатаційні) характеристики ДПС................................ 377

13.9.7. Способи регулювання частоти обертання ДПС .............................. 378

13.9.8. Способи електричного гальмування ДПС............................................ 381

13.10. Особливості ДПС з іншими схемами збудження............................384

13.11. Приклади розрахунку параметрів і характеристик ДПС .............386

13.11.1. Параметри і характеристики ДПС  з паралельним і незалежним  збудженням ...................  386

13.11.2. Параметри і характеристики двигуна постійного струму з  послідовним  збудженням ........... 390

14. ТРИФАЗНІ АСИНХРОННІ ДВИГУНИ .............................................396

14.1.  Загальні  поняття....................................................................................396

14.2. Будова трифазного асинхронного двигуна .......................................397

14.3. Схеми обмотки  статора.........................................................................402

14.4. Принцип дії трифазного асинхронного двигуна...............................403

14.5. Електромагнітний момент у ТАД ........................................................406

14.6. Рівняння напруг і струмів в обмотках ТАД .......................................411

14.7. Потужності і втрати потужності в ТАД..............................................414

14.8. Механічна характеристика ТАД .........................................................416

14.9. Визначення механічної характеристики ТАД за його паспортними даними .......418

14.10. Робота ТАД і керування ним ..............................................................421

14.10.1. Пуск і способи пуску  ТАД............................................................................... 421

14.10.2. Властивість саморегулювання ТАД ...................................................... 424

14.10.3. Робочі (експлуатаційні) характеристики ТАД............................. 425

14.10.4. Регулювання частоти обертання ТАД................................................. 426

14.10.5. Електричне гальмування і реверсування ТАД............................ 430

14.11. Приклади розрахунку параметрів і характеристик ТАД ..............433

15. ТРИФАЗНІ СИНХРОННІ МАШИНИ................................................442

15.1.  Загальні  поняття....................................................................................442

15.2. Будова трифазної синхронної машини..............................................444

15.3. Робота трифазної синхронної машини в режимі генератора ........448

15.4. Рівняння електричного стану, схема заміщення і векторна діаграма синхронного генератора  ...451

15.5. Робота трифазної синхронної машини в режимі двигуна ..............454

15.6. Рівняння електричного стану, схема заміщення і векторна діаграма синхронного двигуна та 

синхронного компенсатора.......................457

15.7. Потужності й обертальний момент синхронної машини ................459

15.8. Приклади розрахунку параметрів і характеристик

синхронних  машин................................................................................462

16. ЕЛЕКТРОННІ ПРИЛАДИ  ...............................................................473

16.1.  Предмет електроніки.............................................................................473

16.2. Напівпровідники та їхні властивості ................................................. 474

16.3.  Напівпровідникові резистори..............................................................481

16.4. Напівпровідникові діоди ......................................................................483

16.5. Транзистори..............................................................488

16.5.1.  Біполярні  транзистори ................................................... 489

16.5.2. Польові транзистори ............................................................ 493

16.5.3. Біполярні транзистори з ізольованим затвором............................ 497

16.6. Тиристори ....................................................................498

16.7.  Інтегральні мікросхеми ........................................................................502

16.8. Силові напівпровідникові модулі .......................................................505

16.9. Фотоелектронні прилади та тлумачення про оптоелектроніку .....506

17. ВИПРЯМЛЯЧІ І ПРИСТРОЇ ПЕРЕТВОРЮВАЛЬНОЇ ТЕХНІКИ .......514

17.1.   Загальні визначення ................................................................514

17.2.  Однофазні схеми випрямлення.............................................517

17.3.  Трифазні випрямлячі ................................................................521

17.4.   Згладжувальні фільтри .........................................................525

17.5.  Стабілізатор постійної напруги............................................527

17.6.  Керовані випрямлячі ....................................................528

17.7.   Перетворювачі напруги .............................................536

17.7.1. Регулятор змінної напруги ............................................. 536

17.7.2. Імпульсні перетворювачі постійного струму,що знижують напругу .................. 537

17.7.3. Імпульсний перетворювач постійного струму,що підвищує напругу ................. 539

17.8.  Автономні інвертори ........................................................541

17.9.  Перетворювачі частоти ............................547

17.10. Тлумачення про принципи побудови систем керування тиристорними  перетворювачами ..................548

18. ЕЛЕКТРОННІ ПІДСИЛЮВАЧІ ТА ГЕНЕРАТОРИ .............................553

18.1. Призначення й основні параметри підсилювачів ............................553

18.2. Зворотні зв’язки в підсилювачах .......................................................555

18.3. Підсилювачі змінного струму..............................................................557

18.4. Підсилювачі постійного струму. Операційний підсилювач ............561

18.4.1.  Диференційний  каскад......................................................................................... 562

18.4.2.  Операційний  підсилювач.................................................................................... 564                                                                                     

 18.5. Вибіркові підсилювачі. Резонансні фільтри .....................................571

18.6. Електронні генератори та імпульсні пристрої..................................573

19. ДИСКРЕТНІ ЕЛЕКТРОННІ ПРИСТРОЇ............................................581

19.1. Імпульсні напруги і струми ..................................................................581

19.2. Ключовий транзисторний підсилювач ..............................................583

19.3. Основні операції над логічними змінними та їхня реалізація.......585

19.3.1. Основні поняття з алгебри логіки ............................................................... 585

19.3.2. Основні логічні операції....................................................................................... 586

19.4. Тригери. Розподілення на комбінаційні і послідовнісні пристрої....590

19.5. Генератори імпульсів ............................................................................595

19.6. Подання чисел у цифрових пристроях ..............................................597

19.7.  Типові комбінаційні пристрої..............................................................601

19.8. Типові послідовнісні пристрої .............................................................604

19.9. Цифро–аналогові і аналого–цифрові перетворювачі ......................608

20. МІКРОПРОЦЕСОРНА ТЕХНІКА......................................................611

20.1.  Структурна схема мікропроцесора.....................................................612

20.2. Типова структура мікропроцесорної системи...................................617

20.3. Основи програмування мікропроцесорів ..........................................620

20.3.1. Вступ у&n