Глава 1. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
1. Он должен обеспечить достаточное количество свободных электронов.
2. Количество электронов на валентной оболочке меньше четырех — проводник, четыре — полупроводник, больше четырех — изолятор.
3. Для понимания природы электрического тока в различных материалах.
4. Ток — это направленное движение электронов, напряжение — причина, заставляющая электроны двигаться, сопротивление — противодействие движению электронов.
5. Сопротивление измеряется в омах и один ом — это такое сопротивление, которое позволяет течь току в 1 ампер при приложенном напряжении в 1 вольт.
Глава 2. ТОК
1. Дано:
Q = 7 К; t = 5 с
I =?
Решение:
I = Q/t = 7/5
I = 1,4 A.
2. Электроны перемещаются в проводнике от вывода с отрицательным потенциалом, перемещаясь от атома к атому, по направлению к выводу с положительным потенциалом.
3. а. 235 = 2,35 х 102.
б. 0,002376 = 2,376 х 10-3.
в. 56323,786 = 5,6323786 х 104.
4. а. Милли означает деление на 1000 или умножение на 0,001.
б. Микро означает деление на 1 000 000 или умножение на 0,000 001.
Глава 3. НАПРЯЖЕНИЕ
1. Работа, выполняемая в цепи (движение электронов), пропорциональна приложенной разности потенциалов (напряжению) и величине заряда.
2. Электричество может быть получено посредством трения, при изменении магнитного поля, посредством химических реакций, с помощью света, тепла и давления.
3. Вторичные элементы характеризуются емкостью, которая измеряется в ампер-часах.
4.
5. Дано:
9 В
3 В (номинальное)
3 В (номинальное)
6 В (номинальное)
Решение:
Нарисуем цепь:
Половина напряжения будет падать на L1 и L2, а другая половина напряжения будет падать на L3. Следовательно:
L1 + L2 = 6 В падение — > Падение напряжения на L3 = 4,5 В
L3 = 6 В падение — > Падение напряжения на L2 = 2,25 В
9 х 1/2 = 4,5 В — > Падение напряжения на L1 = 2,25 В
Общее падение напряжения 9,00 В.
Глава 4. СОПРОТИВЛЕНИЕ
1. Сопротивление материала зависит от его размеров, формы, температуры и удельного сопротивления. Удельное сопротивление материала — это сопротивление эталонного образца из этого материала при температуре 20 градусов Цельсия.
2. Дано:
Сопротивление = 2200 Ом
Допуск = 10%
Решение:
2200 x 0,10 = 220 Ом
2200 — 220 = 1980 Ом
2200 + 220 = 2420 Ом.
Пределы допуска: от 1980 Ом до 2420 Ом.
3. а. 5К1±5%
б. 1М5±10%
в. 2R7±5%
г. 100R±20%
д. 470К±10%
4.
RT = R1 + R5 + RA
RT = 500 + 1000 + 136,36
RT = 1636,36 Ом (Ответ)
5. Ток электронов течет от отрицательного вывода источника тока через последовательно включенные компоненты, делится между ветвями параллельно включенных компонент, складывается после прохождения параллельных компонент, снова течет через последовательные или параллельные компоненты, и приходит к положительному выводу источника тока.
Глава 5. ЗАКОН ОМА
1. Дано:
Е = 9 В; R = 4500 Ом.
I =?
Решение:
I = E/R = 9/4500
I = 0,002 А или 2 мА.
2. Дано:
I = 250 мА = 0,25 А
R = 470 Ом.
Е =?
Решение:
I = E/R = E/470 = 0,25 A
Е = (0,25)(470) = 117,5 В.
3. Дано:
I = 10 А; Е = 240 В
R =?
Решение:
I = E/R = 240/R
240/10 = 1R
R = 24 Ома.
4. а . Сначала найдем полное сопротивление последовательной цепи.
RT = R1 + R2
RT = 50 + 25
RT = 75 Ом.
Во-вторых, перерисуем цепь, используя эквивалентное полное сопротивление.
В третьих, найдем полный ток в цепи.
Дано:
ET = 12 В; RT = 75 Ом.
IT =?
Решение:
IT = ET/RT = 12/75
IT = 0,16 А или 160 мА.
б . Сначала найдем полное сопротивление параллельной цепи.
1/RT = 1/R1 + 1/R2
1/RT = 1/150 + 1/300
1/RT = 3/300
(3)(RT) = (1)(300)
RT= 300/3 = 100 Ом
Во-вторых, перерисуем цепь с эквивалентным сопротивлением.
В третьих, найдем общий ток в цепи.
Дано:
Е = 12 В; R = 100 Ом.
I =?
Решение:
IT = ET/RT = 12/100
I = 0,12 А или 120 мА.
в . Сначала найдем эквивалентное сопротивление параллельной части цепи.
1/RA = 1/R1 + 1/R2
1/RA = 1/75 + 1/75
1/RA = 2/75
1RA = 75/2
RA = 37,5 Ом.
Во-вторых, перерисуем цепь с эквивалентным сопротивлением.
В третьих, найдем общее сопротивление цепи.
RT = RA + R3 = 37,5 + 75
RT = 112,5 Ом.
Теперь найдем общий ток в цепи.
Дано:
Е = 12 В; R = 112,5 Ом.
I =?
Решение:
IT = ET/RT = 12/112,5
I = 0,107 А или 107 мА.
Глава 6. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
1. Цифровой.
2. Аналоговый.
3. а. 23 Вольта.
б. 220 миллиампер.
в. 2700 Ом.
4. Один и тот же прибор может быть использован для измерения напряжения, тока и сопротивления.
Глава 7. МОЩНОСТЬ
1. Дано:
I = 40 мА = 0,04 А; Е = 30 В.
Р =?
Решение:
Р = I∙E = (0,04)(30)
Р = 1,2 Вт.
2. Дано:
Р = 1 Ватт; I = 10 мА = 0,01 А
Е =?
Решение:
Р = I∙E
1 = (0,01)(Е)
1/0,01 = 1∙E
100 Вольт = Е.
3. Дано:
Р = 12,3 Ватт; Е = 30 Вольт.
I =?
Решение:
Р = I∙E
12,3 = (I)(30)
12,3/30 = 1∙E
I = 0,41 А или 410 мА.
4. а . Сначала найдем полное сопротивление последовательной цепи.
RT = R1 + R2
RT = 5600 + 5600
RT= 11200 Ом.
Во-вторых, перерисуем цепь, используя эквивалентное полное сопротивление.
В третьих, найдем полный ток в цепи.
Дано:
ЕT = 120 В; RT = 11200 Ом.
IT =?
Решение:
IT = ET/RT = 120/11200
IT = 0,0107 А или 10,7 мА.
Теперь найдем полную мощность в цепи.
РT = IТЕТ
РT = (0,0107)(120) = 1,3 Вт.
б . Сначала найдем полное сопротивление параллельной цепи.
1/RT = 1/R1 + 1/R2
1/RT = 1/1000 + 1/2200
1/RT = 0,001455
1/RT = 0,001455/1
RT = 1/0,001455
RT = 687,29 Ом
Во-вторых, перерисуем цепь, используя эквивалентное полное сопротивление.
В третьих, найдем полный ток в цепи.
Дано:
E = 120 В; R = 687,29 Ом.
I =?
Решение:
IT = ET/RT = 120/687,29
IT = 0,175 А или 175 мА.
Теперь найдем полную мощность в цепи.
Дано:
IT = 0,175 А; ЕТ = 120 Вольт.
PT =?
Решение:
РT = IТЕТ
PT = (0,175)(120)
PT = 21 Вт.
в . Сначала найдем эквивалентное сопротивление параллельной части цепи.
1/RA = 1/1500 + 1/4700
1/RA = 0,000880
RA = 1/0,000880
RA = 1136,36 Ом.
Во-вторых, перерисуем цепь с эквивалентным сопротивлением.
В третьих, найдем полное сопротивление цепи.
RT = RA + R3
RT = 1136,36 + 3300
RT = 4436,36 Ом.
Теперь найдем общий ток в цепи.
Дано:
ЕT = 120 В; RT= 4436,36 Ом.
IT =?
Решение:
IT = ET/RT = 120/4436,36
IT = 0,027 А или 27 мА.
Найдем полную мощность в цепи.
Дано:
IT = 0,027 А; ЕT = 120 Вольт.
PT =?
Решение:
РT = IТЕТ
РT = (0,027)(120)
РT = 3,246 Вт.
Глава 8. ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
1. а. Сначала найдем полное сопротивление последовательной цепи.
RT = R1 + R2
RT = 150 + 300
RT = 450 Ом.
Перерисуем цепь, используя эквивалентное полное сопротивление.
Найдем полный ток в цепи.
IT = ET/RT = 30/450
IT = 0,0667 А или 66,7 мА.
Найдем падение напряжения на каждом резисторе.
IT = I1 + I2 (в последовательной цепи ток одинаков во всей цепи)
IR1 = ER1/R1; IR2 = ER2/R2
0,0667 = ER1/150; 0,0667 = ER2/300;
ER1 = (0,0667)(150); ER2 = (0,0667)(300);
ER1 = 10 В; ER2 = 20 В
Найдем мощность, рассеиваемую на каждом резисторе.
PR1 = IR1ER1; PR2 = IR2ER2
PR1 = (0,0667)(10); PR2 = (0,0667)(20);
PR1 = 0,667 Вт; PR2 = 1,3347 Вт
Найдем полную мощность цепи.
РT = IТЕТ
РT = (0,0667)(30)
РT = 2,001 Вт
или
РT = PR1 + PR2
РT = 0,667 + 1,334
РT = 2,001 Вт.
Сначала найдем полное сопротивление цепи.
1/RT = 1/R1 + 1/R2
1/RT = 1/150 + 1/300
1/RT = 3/300
(3)(RT) = (1)(300)
RT = 300/3 = 100 Ом
Перерисуем эквивалентную цепь.
Найдем полный ток в цепи.
IT = ET/RT = 30/100
I = 0,3 А или 300 мА.
Найдем ток в каждой ветви параллельной цепи. Напряжение на всех ветвях параллельной цепи одинаково.
ЕT = Е1 = Е2
IR1 = ER1/R1; IR2 = ER2/R2
IR1 = 30/150; IR2 = 30/300;
IR1 = 0,2 A; IR2 = 0,1 A
Найдем мощность, рассеиваемую каждым резистором.
PR1 = IR1ER1; PR2 = IR2ER2
PR1 = (0,2)(30); PR2 = (0,2)(30);
PR1 = 6 Вт; PR2 = 3 Вт
Найдем полную мощность цепи.
РT = IТЕТ
РT = (0,3)(30)
РT = 9 Вт.
в. Сначала найдем эквивалентное сопротивление параллельной части цепи.
1/RA = 1/R1 + 1/R2
1/RA = 1/100 + 1/50
1/RA = 3/300
(3)(RA)= (1)(100)
RA = 100/3 = 33,3 Ом
Перерисуем цепь.
Найдем полное сопротивление цепи.
RT = RA + R3
RT = 33,3 + 150 = 183,3 Ом.
Теперь найдем общий ток (IT) в эквивалентной цепи.
IT = ET/RT = 30/183,3
IT = 0,164 А или 164 мА.
Найдем падения напряжения на резисторах в эквивалентной цепи. (В последовательной цепи ток одинаков во всей цепи).
IT = IRA = IR3
IRA = ERA/RA; IR3 = ER3/R3
0,164 = ERA/33,3; 0,164 = ER3/150
ERA = 5,45 B; ER3 = 24,6 B
Найдем ток через каждый из резисторов в параллельной части цепи.
IR1 = ER1/R1; IR2 = ER2/R2
IR1 = 5,45/100; IR2 = 5,45/50
IR1 = 0,0545 A; IR2 = 0,109 А.
Найдем мощность на каждом сопротивлении цепи.
РT = ITET; РR1 = IR1ER1
РT = (0,164)(30); PR1 = (0,0545)(5,45)
РT = 4,92 Вт; PR1 = 0,297 Вт
РR2 = IR2ER2; РR3 = IR3ER3
PR2 = (0,109)(5,45); PR3 = (0,164)(24,6)
PR2 = 0,594 Вт; PR3 = 4,034 Вт.
Глава 9. МАГНЕТИЗМ
1. Доменная теория магнетизма может быть подтверждена с помощью простого опыта: достаточно нагреть магнит или ударить по нему молотком, и его домены расположатся хаотично с характерным потрескиванием. Магнит при этом потеряет свои магнитные свойства.
2. Сила электромагнита возрастает при увеличении числа витков катушки, при увеличении тока, текущего через проводник, и при помещении в катушку ферромагнитного сердечника.
3. Когда рамка перемещается из положения А в положение В, индуцируемое в ней напряжение возрастает. Когда рамка перемещается в положение С, индуцируемое в ней напряжение падает до нуля. Когда рамка продолжает вращаться и переходит в положение D, в ней опять индуцируется напряжение, но коммутатор меняет его полярность, и оно становится таким же, как и в первом случае (из А в В). Выходное напряжение пульсирует в одном направлении, совершая два колебания от нуля до максимума за один оборот рамки.
Глава 10. ИНДУКТИВНОСТЬ
1. Магнитное поле, создаваемое катушкой индуктивности, может быть увеличено при помещении в нее железного сердечника.
2.
Дано:
L1 = 75 мкГн; L2 = 1,6 мГн = 1600 мкГн
L3 = 800 мкГн; L4 = 125 мкГн.
Решение:
Найдем общую индуктивность параллельно соединенных катушек:
1/LT = 1/L2 + 1/L3 = 1/1600 + 1/800
1/LT = 3/1600
LT = 1342,3 мкГн
Найдем общую индуктивность цепи:
LT = LT + L1 + L4
LT = 1342,3 + 75 + 125 = 1542,3 Гн.
3. Сначала нарисуем цепь:
Дано:
ЕT = 25 В; L1 = 500 мГн = 0,5 Гн
R1 = 10 кОм = 10000 Ом.
Решение:
t = L/R
t = 0,5/10000 = 0,00005
t = 50 мксек.
100 мксек = 2 постоянным времени, по графику можно определить, что ток, а следовательно и напряжение достигли 86,5 % от максимальной величины.
25 х 86,5 % = 21,63 В.
Глава 11. ЕМКОСТЬ
1. Заряд сохраняется на обкладках конденсатора.
2. Сначала нарисуем цепь:
Дано:
С1 = 1,5 мкФ; С2 = 0,05 мкФ
С3 = 2000 пФ = 0,002 мкФ
С 4 = 25 пФ = 0,000025 мкФ.
Решение:
1/CT = 1/C1 + 1/С2 + 1/С3 + 1/С4
1/CT = 1/1,5+ 1/0,05 + 1/0,002 + 1/0,000025
1/CT = 40520,667
CT/1 = 1/40520,667
CT = 0,000024678
CT = 24,678 пФ.
3. Сначала нарисуем цепь:
Дано:
C1 = 1,5 мкФ; C2 = 0,05 мкФ
C3 = 2000 пФ = 0,002 мкФ
С4 = 25 пФ = 0,000025 мкФ.
Решение:
СT = С1 + С2 + С3 + С4
СT = 1,5 + 0,05 + 0,002 + 0,000025
СT = 1,552025 мкФ или 1,55 мкФ.
Глава 12. ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК
1. Для наблюдения электромагнитной индукции, проводник должен перемещаться в магнитном поле.
2. Правило левой руки применяется следующим образом: большой палец указывает направление движения проводника, указательный палец (расположенный под прямым углом к большому) — направление силовых линий магнитного поля от севера к югу, а средний палец (расположенный под прямым углом к ладони) показывает направление тока в проводнике. Правило левой руки используется для определения направления тока в проводнике, перемещающемся в магнитном поле.
3. Размах колебаний — это вертикальное расстояние между двумя пиками сигнала.
4. Эффективное значение переменного тока — это такое значение постоянного тока, которое выделяет в данном проводнике за то же самое время такое же количество тепла, что и данный переменный ток.
5. а. Прямоугольное колебание
б. Треугольное колебание
в . Пилообразное колебание
6. Несинусоидальные колебания могут рассматриваться состоящими из суммы бесконечного числа синусоидальных колебаний, имеющих различные частоты (гармоники) и амплитуды.
Глава 13. ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
1. Прибор магнитоэлектрической системы может использоваться для измерения переменного тока при наличии выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный.
2. Амперметр на основе измерительных клещей использует трансформатор с размыкающимся сердечником. Сердечник может быть разомкнут и размещен вокруг проводника. В катушке, расположенной на сердечнике, индуцируется напряжение, которое выпрямляется и подается на прибор магнитоэлектрической системы.
3. При помощи осциллографа можно измерить следующие параметры: частоту сигнала, длительность сигнала, фазовые соотношения между сигналами и амплитуду сигнала, а также наблюдать форму сигнала.
4. Сначала установите ручки управления осциллографом следующим образом: интенсивность, фокусировка, астигматизм и управление положением луча — в среднее положение.
Запуск: внутренний +.
Уровень: авто.
Время/см: 1 мсек.
Вольт/см: 0,02.
Питание: вкл.
Подсоедините пробник (вход) осциллографа к разъему калибратора напряжения. Установите ручками управления четкое, стабильное изображение прямоугольного колебания.
5. Частотомер состоит из генератора меток времени, формирователя входного сигнала, цепи генерации стробирующих импульсов, электронного коммутатора, десятичного счетчика и дисплея.
Генератор меток времени позволяет измерять различные частоты.
Формирователь входного сигнала преобразует входной сигнал в сигнал такой формы и амплитуды, которая совместима с цепями частотомера.
Цепь генерации стробирующих импульсов работает, как центр синхронизации частотомера, она открывает и закрывает электронный коммутатор и обеспечивает сигнал остановки счета в конце счетного периода, а также сброс цепи для следующего счета.
Электронный коммутатор пропускает входной сигнал на счетчик при определенных условиях.
Десятичный счетчик подсчитывает все импульсы, проходящие через электронный коммутатор.
Дисплей обеспечивает визуальный отсчет измеренной частоты.
6. Основной причиной перемещения частотомеров из лабораторий на рабочие места послужило появление интегральных микросхем. Они уменьшили размеры частотомеров.
Глава 14. РЕЗИСТИВНЫЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
1. В чисто резистивной цепи переменного тока напряжение и ток находятся в фазе.
2. Дано:
IT = 25 мА = 0,025 А
RT = 4,7 кОм = 4700 Ом.
ET =?
Решение:
IT = ET/RT = ET/4700 = 0,025
(1)(ЕТ) = (0,025)(4700)
ЕТ = 117,5 В.
3.
Дано:
ET = 12 B;
R1 = 4,7 кОм = 4700 Ом
R2 = 3,9 кОм = 3900 Ом
IT =?; R =?
E1 =?; E2 =?;
Решение:
RT = R1 + R2
RT = 4700 + 3900
IT = ET/RT = 12/8600
IT = 0,0014 А или 1,4 мА
IT = I1 + I2
I1 = E1/R1; I2 = E2/R2
0,0014 = E1/4700; 0,0014 = E2/3900
Е1 = 6,58 В Е2 = 5,46 В.
4. Дано:
ET = 120 B
R1 = 2,2 кОм = 2200 Ом
R2 = 5,6 кОм = 5600 Ом
I1 =?; I2 =?
Решение:
ET = E1 = E2
I1 = E1/R1; I2 = E2/R2
I1 = 120/2200; I2 = 120/5600
I1 = 0,055 А или 55 мА
I2 = 0,021 А или 21 мА.
5. Потребляемая цепью переменного тока мощность, точно так же, как и в цепи постоянного тока, определяется рассеиваемой энергией и скоростью, с которой энергия подается в цепь.
6. Дано:
ET = 120 В; RT = 1200 Ом
IT =?; PT =?
Решение:
IT = ET/RT = 120/1200
IT = 0,1 А или 100 мА.
РТ = IТЕТ = (0,1)(120)
РT = 12 В.
Глава 15. ЕМКОСТНЫЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
1. В емкостной цепи переменного тока ток опережает по фазе напряжение.
2. Дано:
π = 3,14; f = 60 Гц; C = 1000 мкФ = 0,001 Ф
XC =?
Решение:
XC = 1/2πfC
XC = 1/(2)(3,14)(60)(0,001)
XC = 1/0,3768 = 2,65 Ом
3. Дано:
ET = 12 В; XC = 2,65 Ом
IT =?
Решение:
IT = ET/XC = 12/2,65
I = 4,53 A.
4. Емкостные цепи переменного тока могут быть использованы для фильтрации, емкостной связи между цепями и получения фазового сдвига.
5. Емкостные цепочки связи позволяют пропускать высокочастотные компоненты сигнала переменного тока и задерживать низкочастотные.
Глава 16. ИНДУКТИВНЫЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
1. Ток в индуктивной цепи отстает по фазе от приложенного напряжения.
2. Индуктивное сопротивление зависит от индуктивности катушки и частоты приложенного напряжения.
3. Дано:
π = 3,14; f = 60 Гц; L = 100 мГн = 0,1 Гн
XL =?
Решение:
XL = 2πfL
XL = (2)(3,14)(60)(0,1)
XL = 37,68 Ом.
4. Дано:
ET = 24 В; XL = 37,68 Ом
IT =?
Решение:
IT = ET/XL = 24/37,68
IT = 0,64 А или 640 мА.
5. Катушки индуктивности используются для фильтрации сигналов и создания фазового сдвига между током и напряжением.
6. Частота, выше или ниже которой индуктивная цепь пропускает или ослабляет сигналы, называется частотой среза.
Глава 17. РЕЗОНАНСНЫЕ ЦЕПИ
1. Найдем емкостное сопротивление.
XC = 1/2πfC
XC = 1/6,28)(60)(0,000010)
XC = 265,39 Ом
Найдем индуктивное сопротивление.
XL = 2πfL
XL = (6,28)(60)(0,75)
XL = 282,60 Ом.
Теперь найдем:
X = XL — ХC
X = 282,6 — 265,39
X = 17,2 Ом (индуктивное).
Используя X, найдем Z:
Z2 = X2 + R2
Z2 = (17,21)2 + (56)2 = 296,18 + 3136 = 3432,18
Z = √(3432,18) = 58,58 Ом.
Найдем общий ток.
IT = ET/Z = 120/58,58
LT = 2,05 A
2.
Найдем токи в отдельных ветвях.
IR = ER/R; IXL = EXL/XL; IXC = EXC/XC
IR = 120/560; IXL = 120/220; IXC = 120/270
IR = 0,214 A; IXL = 0,545 A; IXC = 0,444 A.
Найдем IX и IZ, используя IR, IXL и IXC
IX = IXL — IXC
IX = 0,545 — 0,444
IX = 0,101 Ом
(индуктивное)
I2Z = (IR)2 — (IX)2
I2Z = (0,214)2 — (0,101)2
I2Z = 0,066302
IZ = √(0,066302)
IZ = 0,257 А
Глава 18. ТРАНСФОРМАТОРЫ
1. Когда две электрически изолированные катушки помещены рядом друг с другом, и на одну из них подано переменное напряжение, изменяющееся магнитное поле первой катушки индуцирует напряжение во второй катушке.
2. Мощность трансформатора измеряется в вольт-амперах потому, что является реактивной. Ко вторичной обмотке могут быть подключены различные типы нагрузок и активных, и реактивных. Чисто емкостная нагрузка создаст во вторичной обмотке заметный ток, однако мощность при этом потребляться почти не будет.
3. Если на вторичной обмотке нет нагрузки, то по ней не течет ток. Первичная обмотка работает, как индуктивность в цепи переменного тока. Когда нагрузка подсоединяется ко вторичной обмотке, по ней начинает течь ток. Ток вторичной обмотки создает свое магнитное поле, пересекающее первичную обмотку и индуцирующее в ней напряжение. Это индуцированное поле служит причиной увеличения тока в первичной обмотке.
4. Дано:
NP = 400 витков
EP = 120 B; ES = 12 B
NS =?
Решение:
ES/EP = NS/NP
Коэффициент трансформации n
n = NS/NP = 40/400
(120)(NS) = (12)(400) или 10:1
1NS = (12)(400)/120
NS = 40 витков
5. Дано:
ZP = 16; ZS = 4
NP =?; NS =?
Решение:
ZP/ZS = (NP/NS)2
16/4 = (NP/NS)2
√4 = NP/NS
2/1 = NP/NS
Коэффициент трансформации равен 2:1.
6. Трансформаторы играют важную роль при передаче электроэнергии, так как уменьшают потери мощности. Величина потерь мощности зависит от сопротивления линии электропередачи и величины тока. Самый простой способ уменьшить потери мощности — это понизить ток путем повышения напряжения с помощью трансформатора.
7. Изолирующий трансформатор предотвращает соединение с землей любого вывода источника напряжения, питающего оборудование.
Глава 19. ОСНОВЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
1. Кремний менее чувствителен к нагреву, чем германий, и поэтому чаще используется.
2. Ковалентная связь — это процесс совместного использования электронов атомами. Когда атомы полупроводника совместно используют электроны, их валентные оболочки становятся полностью заполненными, что обеспечивает стабильность.
3. В чистом полупроводниковом материале валентные электроны при низких температурах сильно связаны с атомами и не могут поддерживать ток. При повышении температуры валентные электроны начинают возбуждаться и разрывают ковалентную связь, что позволяет электронам дрейфовать от одного атома к другому. При дальнейшем увеличении температуры материал начинает вести себя как проводник. При очень высоких температурах кремний проводит ток, как обычный проводник.
4. Для того чтобы превратить образец чистого кремния в материал n-типа, кремний легируется атомами, имеющими пять валентных электронов, которые называются пятивалентными материалами, такими как мышьяк и сурьма.
5. Когда к материалу проводника n-типа приложено напряжение, свободные электроны, появившиеся благодаря атомам донора, начнут перемещаться по направлению к положительному выводу. Дополнительные электроны, вырванные из ковалентных связей, также начнут перемещаться по направлению к положительному выводу.
Глава 20. ДИОДЫ НА ОСНОВЕ р-n -ПЕРЕХОДА
1. Диод на основе р-n-перехода позволяет току течь только в одном направлении.
2. Диод проводит ток только тогда, когда он смещен в прямом направлении. Это означает, что положительный вывод источника тока подсоединен к материалу р-типа, а отрицательный вывод источника тока подсоединен к материалу типа n.
Глава 21. СТАБИЛИТРОНЫ
1. В стабилизаторе напряжения на основе стабилитрона последний включен последовательно с резистором, и выходное напряжение снимается со стабилитрона. Стабилитрон противодействует увеличению входного напряжения, поскольку при увеличении тока его сопротивление падает. Изменение входного напряжения появляется на последовательно включенном резисторе.
2. Для проверки стабилитрона требуются блок питания, токоограничивающий резистор, амперметр и вольтметр. Вольтметр подсоединяется параллельно стабилитрону. Выходное напряжение постепенно увеличивается до тех пор, пока ток через стабилитрон не станет равным номинальному. После этого ток немного изменяют в обе стороны. Если напряжение на стабилитроне остается постоянным, то стабилитрон работает правильно.
Глава 22. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
1. Переход эмиттер-база должен быть смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база — в обратном.
2. При проверке транзистора с помощью омметра, исправный транзистор должен иметь низкое сопротивление при прямом смещении и высокое сопротивление при обратном смещении каждого перехода.
3. Для определения того, является транзистор германиевым или кремниевым путем измерения падения напряжения на переходе, используется вольтметр, а не омметр. Идентифицировать выводы сложно, так как трудно определить, где эмиттер, а где коллектор.
4. Тип транзистора (р-n-р или n-р-n) определяется напряжением на его коллекторе. Если вместо транзистора р-n-р включить транзистор n-р-n (или наоборот), то он выйдет из строя.
5. Проверка транзистора с помощью прибора для проверки транзисторов предоставляет больше информации о транзисторе, чем его проверка с помощью омметра.
Глава 23. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
1. Напряжение отсечки — это напряжение, при котором исчезает ток стока полевого транзистора.
2. Напряжение отсечки дается производителем транзистора при напряжении затвор-исток равном нулю.
3. Полевой транзистор с изолированным затвором обедненного типа (МОП транзистор) проводит, когда напряжение смещения на затворе равно нулю. Это считается нормальным.
4. МОП транзистор обогащенного типа в нормальном состоянии закрыт, и открывается только при подаче на затвор соответствующего напряжения смещения.
5. При работе с МОП транзисторами должны соблюдаться следующие меры предосторожности:
а. До установки его выводы должны быть закорочены.
б. Используйте металлический браслет на запястье для заземления работающей руки.
в. Используйте паяльник с заземленным жалом.
г. Всегда выключайте питание перед установкой МОП транзистора.
Глава 24. ТИРИСТОРЫ
1. Диод на основе р-п-перехода имеет один переход и два вывода (анод и катод), а КУВ имеет три перехода и три вывода (анод, катод и управляющий переход).
2. Приложенное к аноду напряжение удерживает КУВ во включенном состоянии даже после удаления напряжения с управляющего перехода. Это позволяет току протекать от катода к аноду.
3. Нагрузочный резистор включается последовательно с КУВ для ограничения тока катод-анод.
4. КУВ можно проверить с помощью омметра или промышленного прибора для проверки транзисторов. Для проверки КУВ с помощью омметра подсоедините положительный вывод к катоду, а отрицательный к аноду. Прибор должен показать высокое сопротивление, превышающее 1 МОм. Поменяйте выводы местами: положительный вывод — к аноду, а отрицательный — к катоду. Прибор опять должен показать высокое сопротивление, превышающее 1 МОм. Соедините управляющий электрод с анодом — сопротивление должно упасть до величины меньшей 1000 Ом. Удалите соединение управляющего электрода с анодом — сопротивление должно остаться низким. Отсоедините выводы и повторите проверку.
5. Диак используется как устройство запуска триака. Он предотвращает включение триака до тех пор, пока на управляющем электроде не будет достигнуто некоторое напряжение.
Глава 25. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ
1. Гибридные интегральные микросхемы содержат монолитные, тонкопленочные, толстопленочные и дискретные компоненты.
2. Чип — это полупроводниковый материал, содержащий интегральную микросхему и имеющий площадь около одного квадратного сантиметра.
3. Резисторы и конденсаторы в интегральной микросхеме не формируются монолитным методом, поскольку требуется достаточно высокая точность соблюдения величины их параметров. Монолитный метод не позволяет получить такую же точность, какую дает тонкопленочная и толстопленочная техника.
Глава 26. ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА
1. Самое короткое время отклика на изменения интенсивности света из всех фоточувствительных устройств имеет фотодиод.
2. Фототранзистор имеет более широкую область применений, поскольку у него более высокое усиление. Однако, его время отклика на изменения интенсивности света больше, чем у фотодиода.
3. Чем больше ток, протекающий через светодиод, тем ярче испускаемый им свет. Однако последовательно со светодиодом должен быть включен резистор, ограничивающий ток, для избежания повреждения светодиода.
Глава 27. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
1. Выбирая трансформатор для блока питания, следует учитывать мощность первичной обмотки, частоту, на которой он будет работать, напряжение и ток вторичной обмотки и общую расчетную мощность трансформатора.
2. Трансформаторы используются для изоляции блока питания от сети переменного тока.
3. Выпрямитель в блоке питания преобразует входное напряжение переменного тока в постоянное.
4. Недостатком двухполупериодного выпрямителя является то, что для него необходим трансформатор с отводом от центра вторичной обмотки. Преимущество в том, что для него требуются только два диода. Преимущество мостового выпрямителя в том, что для него не требуется трансформатор; однако для него требуются четыре диода. Оба выпрямителя являются более эффективными, чем однополупериодный, и их напряжение легче фильтруется.
5. Фильтрующий конденсатор заряжается, когда ток течет и разряжается, когда ток перестает течь, удерживая выходной ток постоянным.
6. Конденсаторы, выбранные для фильтрации, должны обеспечивать большую постоянную времени RC. Медленный разряд поддерживает высокое напряжение на выходе.
7. Стабилизатор последовательного типа компенсирует повышение входного напряжения путем увеличения последовательного сопротивления и, следовательно, падения напряжения на нем, так что выходное напряжение остается постоянным.
8. При выборе микросхемы стабилизатора напряжения необходимо знать выходное напряжение и ток нагрузки.
9. Умножители напряжения позволяют повышать напряжение без использования трансформатора.
10. Напряжение, полученное на входе двухполупериодного удвоителя, легче фильтруется, чем напряжение от однополупериодного удвоителя напряжения. Кроме того, на конденсаторы в двухполупериодном удвоителе подается только пиковое значение входного сигнала.
11. Для защиты цепи от превышения напряжения используется цепь с КУВ, включенным параллельно нагрузке.
12. Для защиты от превышения тока используются плавкие предохранители и размыкатели цепи.
Глава 28. УСИЛИТЕЛИ
1. Транзистор обеспечивает усиление посредством использования входного сигнала для управления током, текущим через транзистор и управляющий напряжением на нагрузке.
2. Схема с общим эмиттером обеспечивает усиление и по току, и по напряжению и дает высокий коэффициент усиления по мощности. Ни одна из других схем не обеспечивает этой комбинации.
3. Изменения температуры влияют на коэффициент усиления транзистора. Отрицательная обратная связь компенсирует это.
4. Усилители класса А смещены таким образом, что выходной ток течет через них в течение всего периода. Усилители класса В смещены таким образом, что выходной ток течет в течение только половины периода входного сигнала. Усилители класса АВ смещены таким образом, что выходной ток течет в течение промежутка большего, чем половина периода входного сигнала, но меньшего, чем период. Усилители класса С смещены таким образом, что выходной ток течет в течение промежутка меньшего половины периода входного сигнала.
5. При соединении двух транзисторных усилителей необходимо предотвратить влияние напряжения смещения одного усилителя на работу второго.
6. Если для связи используются конденсаторы или катушки индуктивности, реактивное сопротивление элемента связи будет влиять на диапазон передаваемых частот.
7. Усилители постоянного тока или с гальванической связью используются для усиления сигналов от 0 Гц (постоянный ток) до многих тысяч герц.
8. Температурная стабильность усилителей постоянного тока достигается путем использования дифференциального усилителя.
9. Усилители напряжения звуковой частоты обеспечивают высокое усиление по напряжению, тогда как усилители мощности звуковой частоты обеспечивают высокое усиление по мощности.
10. Для комплементарного двухтактного усилителя требуются подобранные р-n-р и n-р-n транзисторы. Квазикомплементарный усилитель не требует подбора транзисторов.
11. Видеоусилитель имеет более широкий диапазон частот, чем усилитель звуковой частоты.
12. Фактором, ограничивающим усиление видеоусилителя на высоких частотах, является шунтирующая емкость цепи.
13. Усилитель радиочастоты усиливает сигналы в диапазоне частот от 10 кГц до 30 МГц.
14. Усилитель промежуточной частоты — это одночастотный (узкополосный) усилитель, используемый для усиления сигнала до необходимого уровня.
15. Операционный усилитель состоит из входного каскада (дифференциальный усилитель), усилителя напряжения с высоким коэффициентом усиления и выходного усилителя. Это усилитель постоянного тока с высоким коэффициентом усиления, способный усиливать входной сигнал в 20 000 -1 000 000 раз.
16. Операционные усилители используются для сравнения, инвертирования и неинвертирования сигнала, а также для суммирования, кроме того они применяются в качестве активных фильтров и разностных усилителей.
Глава 29. ГЕНЕРАТОРЫ
1. Генератор состоит из частотозадающей цепи, называемой колебательным контуром, усилителя, усиливающего сигнал колебательного контура и цепи обратной связи, подающей часть выходного сигнала обратно в колебательный контур для поддержания колебаний.
2. Колебания в колебательном контуре можно поддерживать при помощи положительной обратной связи, т. е. подачи части выходного сигнала, совпадающего по фазе, обратно на вход для возмещения потерь энергии, обусловленных сопротивлением компонентов колебательного контура.
3. Главными типами генераторов синусоидальных колебаний являются: генератор Хартли, генератор Колпитца и генератор Клаппа.
4. Кварцы имеют собственную частоту колебаний и идеально подходят для цепей генераторов. Частота кварца используется для управления частотой колебательного контура.
5. Генераторы несинусоидальных колебаний генерируют сигналы несинусоидальной формы. Обычно все генераторы несинусоидальных колебаний являются разновидностями релаксационного генератора.
6. В генераторах несинусоидальных колебаний используются блокинг-генераторы, мультивибраторы, RC цепи и интегральные микросхемы.
Глава 30. ЦЕПИ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА
1. Частотный анализ основывается на утверждении, что все периодические сигналы состоят из синусоид. Периодическое колебание может быть получено путем сложения многих синусоид, имеющих различные амплитуды, фазы и частоты.
2. Положительный выброс, отрицательный выброс и «звон» имеют место вследствие несовершенства цепей.
3. Дифференцирующая цепь используется для получения узких импульсов из прямоугольных в цепях синхронизации. Интегрирующая цепь используется в цепях формирования сигналов.
4. Уровень постоянной составляющей сигнала может быть изменен с помощью цепи фиксации посредством сложения сигнала с заданным уровнем постоянного напряжения.
5. Моностабильная цепь имеет только одно стабильное состояние и отвечает одним выходным импульсом на каждый входной. Бистабильная цепь имеет два стабильных состояния и требует двух входных импульсов для управления.
6. Триггер может генерировать прямоугольные колебания для использования в качестве стробирующих или синхронизирующих сигналов, или для операций переключения.
Глава 31. ДВОИЧНАЯ СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ
1.
2. Для представления десятичного числа 100 требуется семь двоичных разрядов (1100100).
3. Для преобразования десятичного числа в двоичное необходимо последовательно делить десятичное число на 2, записывая остаток после каждого деления. Остатки, взятые в обратном порядке, образуют двоичное число.
4. а. 100101,001011 = 37,171875.
б. 111101110,11101110 = 494,9296875.
в. 10000001,00000101 = 129,0195312.
5. Преобразовать каждую десятичную цифру в двоичную, используя двоично-десятичный код.
6. а. 0100 0001 0000 0110 = 4106.
б. 1001 0010 0100 0011 = 9243.
в. 0101 0110 0111 1000 = 5678.
Глава 32. ОСНОВНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
1.
2.
3.
4.
5. Цепь НЕ используется для выполнения инверсии или дополнения.
6. Кружочек изображается на входе для инверсии входного сигнала и размещается на выходе для инверсии выходного сигнала.
7.
8.
9.
10.
11. Элемент «исключающее ИЛИ» дает высокий уровень на выходе только тогда, когда уровни входов различны. Если на входах два нуля или две единицы, то на выходе нуль.
12. Элемент «исключающее HE-ИЛИ» имеет максимум два входа.
Глава 33. ПРОСТЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЦЕПИ
1. Процедура использования диаграмм Вейча следующая:
а. Нарисуйте диаграмму, соответствующую числу переменных.
б. Нанесите на нее логические функции, отмечая их знаком X в соответствующем квадрате.
в. Для получения упрощенной логической функции объедините соседние квадраты, помеченные знаком X, в группы по восемь, четыре или два. Продолжайте объединять до тех пор, пока не будут объединены все квадраты, помеченные знаком X.
г. Логически сложите слагаемые (объедините с помощью операции ИЛИ) от каждой петли, одно слагаемое на каждую петлю.
д. Запишите упрощенное выражение.
2.
Глава 34. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЦЕПИ
1. Для изменения состояния выхода RS-триггера необходимо подать высокий уровень сигнала или 1 на вход R. Это изменит состояние триггера на 0 на выходе Q и на 1 на выходе Q-.
2. Главное отличие D-триггера от тактируемого RS-триггера состоит в том, что D-триггер имеет один вход для данных и вход для тактовых импульсов.
3. Счетчик состоит из триггеров, соединенных либо для асинхронного, либо для синхронного режима счета. В режиме асинхронного счета выход Q- первого каскада соединен с тактовым входом следующего каскада. В режиме синхронного счета входы тактовых импульсов всех каскадов соединены параллельно.
4.
5. Сдвиговый регистр рассчитан для временного хранения данных. Данные могут быть загружены в сдвиговый регистр или последовательно, или параллельно.
6. Сдвиговые регистры могут использоваться для хранения данных, для преобразования данных из последовательной формы в параллельную и наоборот, и для выполнения таких арифметических действий, как деление и умножение.
Глава 35. КОМБИНАЦИОННЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ
1. Шифраторы позволяют декодировать сигналы от клавиатуры в двоичные числа.
2. Для ввода данных с клавиатуры требуется десятично-двоичный шифратор с приоритетом.
3. Дешифраторы позволяют преобразовывать сложные двоичные коды в распознаваемые цифры или символы.
4. Дешифраторы бывают следующих типов: дешифраторы 1 на 10, дешифраторы 1 на 8, дешифраторы 1 на 16 и дешифраторы двоично-десятичного кода в код семисегментного индикатора.
5. Мультиплексоры позволяют выбирать и направлять сигналы от отдельных источников на один выход.
6. Мультиплексоры могут использоваться для выбора линии передачи данных и для преобразования данных из параллельной формы в последовательную.
7.
8. Полный сумматор получает два двоичных числа для сложения и выдает сумму и перенос. Перенос подается на следующий каскад и складывается с двумя двоичными числами, выдавая сумму и перенос. Ответ является результатом переноса и двух сумм.
Глава 36. ОСНОВЫ МИКРОКОМПЬЮТЕРОВ
1. Компьютер состоит из блока управления, арифметико-логического устройства (АЛУ), памяти и блока ввода/вывода. Блок управления дешифрует команды, поступающие в компьютер и выдает импульсы, необходимые для выполнения указанных функций. АЛУ выполняет операции, связанные с математической логикой и принятием решений. Память — это место, где хранятся программы и данные. Блок ввода и вывода позволяет вводить в компьютер и удалять их из него.
2. Прерывание — это сигнал от внешнего устройства, сообщающий компьютеру о необходимости принять или послать данные.
3. Микропроцессор — это часть микрокомпьютера. Он состоит из блока управления и арифметико-логического устройства.
4. Микропроцессор выполняет функции управления и операции, связанные с математической логикой и принятием решений.
* * *