Курс «Общая электротехника и электроника», представляет собой общеинженерный курс, необходимый при изучении других специальных дисциплин, связанных с автоматизацией технологических процессов, электроснабжением и электрооборудованием соответствующих отраслей и предприятий и практической деятельности инженера.

Дисциплина «Общая электротехника и электроника» строится на базе знаний физики и математики в объеме программы средней школы, а также знаний, полученных в вузе при изучении курсов «Физика» и «Высшая математика».

В состав курса входят такие разделы как “Основные понятия в электрических цепях”,  “Элементы RLC при произвольных воздействиях”, “Цепи при гармоническом и при негармонических воздействиях”, “Переходные процессы”, “Четырехполюсники”, “Магнитные цепи и трансформаторы”, “Полупроводниковые приборы и устройства”, “Электрические измерения”, “Машины постоянного тока”, “Асинхронные и синхронные машины”.

Курс «Общая электротехника и электроника» является базовым для изучения таких дисциплин как “Электрооборудование транспортных и транспортно-технологических машин” и “Электроника автомобилей”, он дает основные теоретические знания для их изучения и необходим для полноценной подготовки специалистов практически любой сферы деятельности.

Особое место данного курса в профессиональной подготовке обусловлено современным развитием производства и техники, которое не возможно представить без электроники и средств автоматизации.

Содержание курса соответствует государственному стандарту России по специальности 230100 «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт)». 

Дисциплина «Общая электротехника и электроника» является общеинженерной и является теоретической основой, на которой базируется изучение последующих электротехнических дисциплин.  Основная задача курса – теоретическая подготовка студентов в области электроники и изучение основ электроснабжения, электропривода и средств электробезопасности.

Дисциплина «Общая электротехника и электроника» строится на базе знаний физики и математики в объеме программы средней школы, а также знаний, полученных в вузе при изучении курсов «Физика» и «Высшая математика». Поэтому необходимо, чтобы к началу изучения настоящего курса студенты владели знаниями, умениями и навыками в области электрических явлений, алгебры комплексных чисел, теории функции комплексного переменного, линейной алгебры и математического анализа. В частности, из курса физики для изучения дисциплины необходимы общее знакомство с цепями постоянного тока, с законами Ома, Фарадея и Джоуля-Ленца, с законом сохранения энергии, знания разделов «Электростатика» и «Колебания и волны». Из курса высшей математики необходимо знание разделов: «Линейная алгебра», «Дифференцирование и интегрирование», «Обыкновенные дифференциальные уравнения», «Основы теории функции комплексного переменного, «Ряды Фурье», «Операционное исчисление».

Знания, полученные при изучении дисциплины «Общая электротехника и электроника », используются в курсах  “Электрооборудование транспортных и транспортно-технологических машин” и “Электроника автомобилей”.

знать основные законы, применяемые при анализе электрических цепей, основные методы анализа электрических цепей. Студент должен овладеть общей методикой построения схемных и математических моделей электротехнических цепей;

уметь анализировать типовые электротехнические цепи при типовых внешних воздействиях;

иметь практические навыки аналитического, численного и экспериментального исследования основных процессов, имеющих место в электротехнических цепях;

знать  правила и схемы электроснабжения, электропривода и электробезопасности.

Результатом изучения дисциплины «Общая электротехника и электроника » является практическое овладение основными понятиями и методами теории электротехнических цепей и систем управления и энергоснабжения.

Курс «Общая электротехника и электроника»  изучается в 5 семестре в течение одного семестра. Лекций 34 часа, лабораторных занятий 17 часов.

Время на изучение дисциплины «Общая электротехника и общая электроника » в аудитории значительно сокращено (всего 51 час) по сравнению со стандартами ОПД04 (электротехника – 214 часов) и ОПД07 (электротехника – 184 часа). Поэтому необходима нетрадиционная форма изложения материала, позволяющая сокращать время на изучение дисциплины без потери общности и глубины изложения.

В лекционном курсе рассматриваются электрические и электронные устройства при любой форме токов и напряжений без деления их на цепи постоянного и переменного тока, работающие в стационарном и переходном режимах. Для этого в начале курса рассмотрены общие законы электромагнетизма и уравнения электрических цепей, виды электрических сигналов и способы их математического описания. Затем рассматриваются пассивные и активные элементы электрических цепей в общем виде и даются их математические модели при различных видах электрических сигналов. С единых позиций рассматриваются различные пассивные и активные элементы, работающие в линейном и нелинейном режимах, их математические модели и схемы замещения. Рассматриваются основные полупроводниковые приборы, схемы их включения  и характеристики. Типовые схемы усилителей электрических сигналов и других устройств передачи и преобразования электрических сигналов. Основные принципы импульсных и цифровых устройств. Машины постоянного и переменного тока.

Методы расчёта электрических и электронных схем базируются на уравнениях Кирхгоффа и основных понятиях топологии электрической цепи. Поэтому в лекционном курсе рассматриваются основные топологические понятия электрических цепей, способы составления топологических уравнений Кирхгофа, уравнений узловых напряжений и контурных токов и методы их решения. Изучение методов расчёта электрических цепей и электронных схем ведётся в общем виде, без деления их на пассивные и активные.

Лабораторные работы выполняются студентами на стендах бригадами в количестве 2 – 4 человека по методическим указаниям. 

За 2 часа каждый студент по заданным параметрам должен выполнить лабораторную работу, оформить и защитить отчёт по работе. Выполнить эти требования может только подготовленный к работе студент, то есть он должен просмотреть рекомендуемую в методических указаниях литературу или лекции, выполнить все теоретические расчёты и графические работы, подготовить таблицы для записи экспериментальных данных. Готовность студента к работе проверяется преподавателем.

Лекционные занятия проводятся в аудитории, оборудованной классной доской.

Лабораторные занятия проводятся в специализированной лаборатории кафедры СТЭА, в которой находятся стенды для проведения работ по дисциплине и контрольно-измерительные приборы.

Для обеспечения контроля знаний в течение семестра студенты защищают выполненные лабораторные работы. Три раза в семестре проводится тестирование студентов.

В качестве контрольной работы для заочной формы обучения предполагается выполнение контрольных заданий.

Курс завершается проведением экзамена.

Условием получения положительной оценки и допуска к экзамену служит выполнение и защита лабораторных работ, посещение занятий и активность на занятиях. По результатам работы студентам выставляются баллы успеваемости.

Текущий контроль осуществляется на лабораторных занятиях и тестировании на лекциях. На занятиях контролируется присутствие студентов; за пропущенные занятия студент отчитывается перед преподавателем. 

Промежуточный контроль осуществляется при решении тестовых вопросов на лекционных занятиях в течение 15 – 20 минут. По посещаемости и итогам текущего и промежуточного контроля студентам проставляются баллы успеваемости.

Итоговый контроль проводится на экзамене. Студент отвечает на два теоретических вопроса.

Общее распределение баллов:

95 баллов за знания, 5 премиальных баллов за посещение лекционных занятий и поведение (0,6 балла за 2-х часовую лекцию). Оценка знаний: 61 балл за теоретический материал, 34 балла за лабора­торные работы (2 балла за 1 час лабораторных занятий).

Расчет баллов на  предварительную аттестацию (ПА). Теоретический материал: 8 лекций = 16 часов = 29 баллов. Лабораторные работы:  4 занятия = 8 часов = 16 баллов.

 Итого: 45 баллов.

Расчет баллов на семестровую аттестацию (СА). Теоретический материал: 9 лекций = 18 часов = 32 балла. Лабораторные работы: 5 занятий = 9 часов = 18 баллов.

Итого: 50 баллов.

Окончательное распределение баллов.

ПА – 45 баллов; СА – 50 баллов; премиальные – 5 бал­лов.

Минимальный порог по сумме ПА – 28 баллов. Порог допуска к СА – 33 балла. Неудовлетворительная оценка на СА – менее 20 баллов.

Тема 1. Основные понятия и законы электрических цепей. Описание процессов в электромагнитной среде с помощью уравнений Максвелла. Понятия электрической цепи, напряжения и тока. Простейшие элементы электрической цепи (сопротивление, проводимость, индуктивность, ёмкость, источники напряжения и тока). Законы Ома и Кирхгоффа. Применение законов Ома и Кирхгоффа для расчетов электрических цепей. Методы расчетов. Нелинейные электрические цепи.

Тема 2. Воздействия в электрических цепях, их классификация: периодические (гармонические, негармонические), апериодические (типовые), случайные. Комплексные представления гармонических колебаний, интегральные оценки периодических воздействий. Активные, реактивные, комплексные и полные сопротивления и мощности. Баланс мощности.  Разложение негармонических колебаний в ряд Фурье. Спектральная плотность и энергия апериодических сигналов.

Тема 3. Трехфазные цепи. Соединения фаз источника и приемника звездой и треугольником. Преобразование звезды в треугольник и обратно. Несимметричный режим работы трехфазной цепи. Активная, реактивная и полная мощности трехфазной цепи, коэффициент мощности.

Тема 4. Переходные процессы в электрических цепях. Дифференциальные уравнения электрического состояния цепей и методы их решения. Законы коммутации. Понятие о дифференцирующих и интегрирующих цепях.  Частотные фильтры, порядок фильтра. Сглаживающие фильтры. Полосовые фильтры. Явление резонанса. Резонанс токов. Резонанс напряжений. Применение резонансных явлений на практике и методы борьбы с резонансом. Фазосдвигающие цепи.

Тема 5. Индуктивно-связанные элементы электрических цепей; само- и взаимная индуктивность, коэффициенты связи и трансформации, согласное и встречное включение катушек. Трансформатор и его схема замещения. Режимы работы трансформатора и его характеристики.

Тема 6. Машины постоянного тока. Устройство машины постоянного тока. Режимы работы и характеристики машины постоянного тока. Генераторы постоянного тока. Двигатели постоянного тока.

Тема 7. Асинхронные машины. Устройство трехфазной асинхронной машины и режимы ее работы. Механические и рабочие характеристики асинхронного двигателя, вращающий момент.  Двух и однофазные асинхронные двигатели. Асинхронный тахогенератор.

Тема 8. Синхронные машины. Устройство и режимы работы синхронной машины.  Характеристики и параметры синхронного генератора. Энергетический баланс и КПД. Синхронный  двигатель. Электропривод. Уравнение движения электропривода. Выбор мощности и типа двигателя.

Тема 9. Четырехполюсники. Четырехполюсные элементы электрической цепи. Коэффициенты прямой и обратной передачи четырёхполюсника, схемы замещения четырёхполюсников. Активные четырехполюсные элементы: биполярный транзистор, униполярный (полевой) транзистор, интегральный операционный усилитель.

Тема 10. Полупроводниковые приборы (резисторы, диоды, транзисторы, тиристоры, интегральные микросхемы): схемы замещения, параметры и характеристики. Схемы включения и их параметры.

Тема 11. Усилительные каскады: типовые схемы, коэффициенты усиления, амплитудно-частотные характеристики, режимы работы, температурная стабилизация.

Тема 12. Обратные связи в усилителях, их влияние на параметры и характеристики усилителей. Усилители постоянного тока, источники тока, дифференциальные усилительные каскады.

Тема 13. Операционные усилители. Схемы, свойства и применения операционных усилителей (ОУ), интеграторы и сумматоры на базе (ОУ). Избирательные усилители. Автогенераторы. Условия самовозбуждения, области применения автогенераторов. Активные фильтры. Полосовые фильтры. Применение обратных связей для построения фильтров.

Тема 14. Импульсное представление информации. Ключевой режим работы транзисторов. Простейшие формирователи импульсных сигналов. Основные логические элементы и их реализация на базе микросхем. Типы цифровых микросхем, ТТЛ, КМОП и пр.

Тема 15. Элементы цифровых устройств. Триггеры. Счётчики импульсов. Понятия о регистрах, дешифраторах и мультиплексорах.

Тема 16. Микропроцессоры. Аналого-цифровые преобразователи. Микропроцессорные системы. Элементы памяти, ПЗУ и ОЗУ.

Тема 17. Электрические измерения. Меры, измерительные приборы и методы измерений. Механические узлы показывающих приборов. Электронные цифровые измерительные приборы. Погрешности измерений.

Тема 18. Электроснабжение. Аппаратура управления и защиты. Контакторы, магнитные пускатели, релейная защита и контроллеры.

Тема 1. Исследование основных полупроводниковых элементов электронных цепей на лабораторной доске.

Цель работы: Изучение свойств диода, биполярного транзистора, стабилитрона.

Тема 2. Исследование схемы  транзисторного усилителя.

Цель работы: изучение методики и приобретение навыков экспериментального исследования транзисторных усилителей.

Тема 3. Исследование однофазного трансформатора

Цель работы: изучение методики определения параметров схемы замещения трансформатора.

Тема 4. Исследование источника вторичного электропитания

Цель работы: Экспериментальное определение свойств различных схем выпрямления и сглаживающих фильтров.

Тема 5. Исследование асинхронного двигателя.

Цель работы: Экспериментальное определение свойств различных схем включения асинхронного двигателя.

Тема 6. Исследование схемы транзисторного регулятора напряжения.

Цель работы: Экспериментальное определение параметров работы регулятора напряжения генератора.

Тема 7. Исследование двигателя постоянного тока.

Цель работы: Экспериментальное определение свойств различных схем включения  и режимов работы двигателя постоянного тока.

Тема 8. Исследование цифровых элементов.

Цель работы: Экспериментальное определение свойств различных цифровых схем.

Тема 9. Исследование трехфазных цепей.

Цель работы: Экспериментальное определение свойств различных трехфазных схем.

1.    Какие элементы электрической цепи называют линейными, нелинейными, управляемыми, стационарными?

2.    Составьте уравнение для токов в произвольном узле электрической цепи.

3.    Составьте уравнения для напряжений в замкнутом контуре цепи.

4.    Какими параметрами характеризуются гармонические воздействия?

5.    Как определяется начальная фаза гармонического воздействия?

6.    Поясните смысл символического метода расчёта электрических цепей.

7.    Определите мгновенное значение колебания по его комплексной амплитуде.

8.    Определите среднее и действующее значения гармонической функции.

9.    Запишите ряд Фурье в тригонометрической  и комплексной формах.

10.    Определите реактивное сопротивление цепи с последовательным соединением резистора, катушки индуктивности и конденсатора.

11.    При каких условиях в электрической цепи возникают режимы резонанса напряжений и резонанса токов?

12.    Что такое фазовый сдвиг тока относительно напряжения?

13.    Как повысить коэффициент мощности цепи при включении в неё резистора, катушки индуктивности и конденсатора?

14.    Какова роль нейтрального провода в трёхфазной цепи? Почему в нейтральный провод не включают предохранители?

15.    Укажите соотношения между фазными и линейными токами и напряжениями для соединений звездой и треугольником.

16.    В чём смысл первого и второго законов коммутации при расчёте переходных процессов?

17.    Каков физический смысл постоянной времени цепи?

18.    Дайте определение передаточной функции цепи.

19.    Как определяют статическое и дифференциальное сопротивление нелинейного элемента цепи?

20.    В чём заключаются сущность метода пересечения характеристик при расчёте цепей с нелинейными элементами?

21.    Нарисуйте линейную схему замещения биполярного транзистора.

22.    Нарисуйте линейную схему замещения полупроводникового диода.

23.    Изложите сущность методов расчёта электрических цепей с несколькими источниками: методы непосредственного применения законов Кирхгоффа, контурных токов, узлового напряжения.

24.    Когда применяется расчёт цепей методом эквивалентного генератора? В чём заключается этот метод?

25.    Как перейти от схемы с источником Э.Д.С. к эквивалентной схеме с источником тока?

26.    Сформулируйте закон полного тока для магнитной цепи и поясните его при расчёте.

27.    Изложите метод расчёта симметричной разветвлённой магнитной цепи.

28.    Назначение и принцип работы трансформатора.

29.    Нарисуйте векторную диаграмму трансформатора в режиме холостого хода.

30.    Напишите уравнение магнитодвижущих сил в трансформаторе.

31.    Объясните, почему магнитный поток трансформатора практически не зависит от нагрузки?

32.    Какие потери в трансформаторе являются постоянными и какие переменными? Как их определить опытным путём?

33.    Напишите уравнения электрического состояния для первичной и вторичной обмоток трансформатора и объясните смысл каждого из членов этих уравнений.

34.    Каковы преимущества и недостатки автотрансформаторов?

35.    Как осуществляется приведение вторичной обмотки трансформатора к первичной?

36.    Как влияют примеси на проводимость полупроводника?

37.    Процесс прохождения тока через электронно-дырочный переход.

38.    Устройство и свойства точечных и плоскостных диодов, биполярных и полевых транзисторов, тиристоров.

39.    По каким признакам классифицируются усилители низкой частоты и каковы их особенности?

40.    Поясните процесс усиления сигнала.

41.    Как определяется коэффициент усиления усилительного каскада?

42.    Как осуществляется связь между каскадами в многокаскадном усилителе?

43.    Что такое амплитудная и частотные характеристики усилителя?

44.    Что такое обратная связь в усилителе? Какие виды обратных связей применяются?

45.    Как влияет отрицательная обратная связь на работу усилителя?

46.    Принцип действия схемы усилительного каскада с общим эмиттером. Назначение элементов схемы.

47.    Какие характеристики являются входными и выходными каждой из схем включения транзистора?

48.    Что такое рабочая точка (точка покоя) транзистора?

49.    Что такое h-параметры транзистора?

50.    Почему для усилительного каскада с общим коллектором коэффициент усиления по напряжению меньше единицы?

51.    Начертите схему и объясните принцип работы автогенератора с «индуктивной трёхточкой».

52.    Сравнение RC-генераторов с LC-генераторами.

53.    Принцип работы импульсных устройств.

54.    Условия самовозбуждения автогенераторов.

55.    Что такое дрейф нуля в усилителях постоянного тока? Методы борьбы с дрейфом нуля.

56.    Принцип построения дифференциальных усилителей постоянного тока.

57.    Основные логические операции, примеры их реализации.

58.    Принцип преобразования переменного тока в постоянный.

59.    Начертите функциональную схему неуправляемого выпрямителя, дайте характеристику его элементов.

60.    Поясните работу схем одного- и двухтактного выпрямления.

61.    Поясните работу неуправляемого выпрямителя с ёмкостным характером нагрузки.

62.    Что такое коэффициент сглаживания фильтра? Начертите схемы фильтров на реактивных элементах.

63.    Начертите функциональные схемы параметрического и компенсационного стабилизаторов, поясните их работу.

64.    Объясните принцип работы частотного фильтра.

65.    Как устроены фазосдвигающие цепи и для чего ини применяются?

66.    Объясните конструкцию и принцип работы трехфазной асинхронной машины.

67.    Объясните конструкцию и принцип работы двигателя и генератора постоянного тока.

68.    Объясните правила и принципы электроснабжения потребителей.

69.    Объясните понятие электропривода.

70.    Как выбрать тип и мощность электропривода?

71.    Объясните устройство магнитного пускателя.

72.    Как устроена релейная защита?