Реферат: Компоненты и материалы электротехники
Электротехника - область техники , связанная с получением, распределением, преобразованием и использованием электрической энергии .
Дата добавления на сайт: 23 марта 2025
Министерство образования и науки Российской Федераций.
ФГОБУ \"Тверская государственная сельскохозяйственная академия\".
Кафедра: Технической механики и инженерной графики.
Предмет: Физические основы промышленной электроники
Реферат
Тема: Компоненты и материалы электротехники
Выполнил : Крижовецкий М. С.
Группа: ТТП 35.
Проверила: Гальченко Е.А.
Тверь 2013
Электротехника
Электротехника - область техники , связанная с получением, распределением, преобразованием и использованием электрической энергии . А также - c разработкой, эксплуатацией и оптимизацией электронных компонентов , электронных схем и устройств, оборудования и технических систем . Под электротехникой также понимают техническую науку , которая изучает применение электрических и магнитных явлений для практического использования. Электротехника выделилась в самостоятельную науку из физики в конце XIX века. В настоящее время электротехника как наука включает в себя следующие научные специальности (отрасли науки): электромеханика , ТОЭ , светотехника , силовая электроника. Кроме того, к отраслям электротехники часто относят энергетику , хотя легитимная классификация рассматривает энергетику как отдельную техническую науку. Основное отличие электротехники от слаботочной электроники заключается в том, что электротехника изучает проблемы, связанные с силовыми крупногабаритными электронными компонентами: линии электропередачи, электрические приводы, в то время как в электронике основными компонентами являются компьютеры и интегральные схемы. В другом смысле, в электротехнике основной задачей является передача электрической энергии, а в электронике - информации.
Электроэнергия
Электроэнергия - физический термин, широко распространённый в технике и в быту для определения количества электрической энергии , выдаваемой генератором в электрическую сеть или получаемой из сети потребителем. Основной единицей измерения выработки и потребления электрической энергии служит киловатт-час (и кратные ему единицы). Для более точного описания используются такие параметры, как напряжение , частота и количество фаз (для переменного тока ), номинальный и максимальный электрический ток .
Электрическая энергия является также товаром, который приобретают участники оптового рынка (энергосбытовые компании и крупные потребители-участники опта) у генерирующих компаний, а участники розничного рынка у энергосбытовых компаний. Цена на электрическую энергию выражается в рублях и копейках за потребленный киловатт-час (коп/кВт·ч, руб/кВт·ч) либо в рублях за тысячу киловатт-часов (руб/тыс кВт·ч). Последнее выражение цены используется обычно на оптовом рынке. Электрическая энергия(электроэнергия): Способность электромагнитного поля совершать работу под действием приложенного напряжения в технологическом процессе её производства, передачи, распределения и потребления
Радиодетали
Радиодетали - просторечное название электронных компонентов, применяемых для изготовления устройств(приборов ) цифровой и аналоговой электроники .
На появление названия повлиял тот исторический факт, что в начале XX века первым повсеместно распространённым, и при этом технически сложным для неспециалиста электронным устройством, стало радио . Изначально термин радиодетали означал электронные компоненты, применяемые для производства радиоприёмников; затем обиходное, с некоторой долей иронии, название распространилось и на остальные радиоэлектронные компоненты и устройства, уже не имеющие прямой связи с радио.
Электронные компоненты делятся, по способу действия в электрической цепи , на активные и пассивные.
Пассивные
Базовыми элементами, имеющимися практически во всех электронных схемах радиоэлектронной аппаратуры (РЭА ), являются:
сопротивления , реализованные в виде резисторов и
ёмкости , в виде конденсаторов .
С использованием электромагнитной индукции
Трансформатор
дроссель (катушка индуктивности )
На базе электромагнитов :
Соленоид
Реле
Кроме того, для создания цепи используются всевозможные соединители и разъединители цепи - ключи ; для защиты от перенапряжения и короткого замыкания - предохранители ; для восприятия человеком сигнала - лампочки и динамики (динамическая головка громкоговорителя ), для формирования сигнала - микрофон и видеокамера ; для приёма аналогового сигнала, передающегося по эфиру, приёмнику нужна Антенна , а для работы вне сети электрического тока - аккумуляторы .
Активные:
С развитием электроники появились вакуумные электронные приборы:
Электронная лампа
Триод
Пентод
В дальнейшем получили распространение полупроводниковые приборы:
Диод , стабилитрон ;
Транзистор : полевой , биполярный , биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT ), биполярный транзистор со статической индукцией ;
Тиристор , симистор
и более сложные комплексы на их основе.
Электронная схема
Электронная схема - это сочетание отдельных электронных компонентов , таких как резисторы , конденсаторы , индуктивности , диоды и транзисторы , соединённых между собой. Различные комбинации компонентов позволяют выполнять множество как простых, так и сложных операций, таких как усиление сигналов , обработка и передача информации и т. д. Электронные схемы строятся на базе дискретных компонентов, а также интегральных схем , которые могут объединять множество различных компонентов на одном полупроводниковом кристалле . Соединения между элементами могут осуществляться посредством проводов , однако в настоящее время чаще применяются печатные платы , когда на изолирующей основе различными методами (например, фотолитографией ) создаются проводящие дорожки и контактные площадки, к которым припаиваются компоненты.
Для разработки и тестирования электронных схем применяются макетные платы , позволяющие при необходимости быстро вносить изменения в электронную схему.
Обычно при рассмотрении электронные схемы классифицируются на аналоговые , цифровые , а также гибридные (смешанные).
Аналоговая электроника
В аналоговых электронных схемах напряжение и ток могут изменяться непрерывно во времени, отражая какую-либо информацию. В аналоговых схемах существуют два базовых понятия: последовательное и параллельное соединения. При последовательном соединении, примером которого может быть новогодняя гирлянда, через все компоненты в цепочке течёт один и тот же ток. При параллельном соединении на выводах всех компонентов создаётся одно и то же электрическое напряжение, но токи через компоненты различаются: суммарный ток делится в соответствии с сопротивлением компонентов.
Простая схема, содержащая батарею, резистор и соединительные провода, демонстрирует применение законов Ома и Кирхгофа для расчёта электрической цепи.
Основными элементами для построения аналоговых устройств являются резисторы (сопротивления), конденсаторы, катушки индуктивности, диоды , транзисторы , а также соединительные проводники. Обычно аналоговые схемы представляются в виде принципиальных электрических схем . За каждым элементом закреплено стандартное обозначение: например, проводники обозначаются линиями, резисторы - прямоугольниками и т. д.
При анализе реальных схем следует учитывать паразитные элементы: так, у реальных соединительных проводников существует сопротивление и индуктивность, несколько лежащих рядом проводников образуют ёмкость и т. д.
Цифровая электроника
В цифровых схемах сигнал может принимать только несколько различных дискретных состояний, которые обычно кодируют логические или числовые значения. В подавляющем большинстве случаев используется бинарная (двоичная) логика , когда одному определённому уровню напряжения соответствует логическая единица, а другому - ноль. В цифровых схемах крайне широкое применение находят транзисторы, из которых строятся логические ячейки (вентили) : , ИЛИ , НЕ и их различные комбинации. Также, на базе транзисторов создаются триггеры - ячейки, которые могут находиться в одном из нескольких устойчивых состояний, и переключаться между ними при подаче внешнего сигнала. Последние могут быть использованы как элементы памяти: например, SRAM (статическая оперативная память с произвольным доступом) сделана на их основе. Другой тип памяти - DRAM - основан на способности конденсаторов запасать электрический заряд.
Цифровые схемы по сравнению с аналоговыми той же сложности значительно проще в разработке и анализе. Это связано с тем, что логические ячейки на выходе выдают только определённые уровни напряжений, и разработчику не надо заботиться об искажениях, усилении, смещении напряжения и прочих аспектах, которые необходимо учитывать при разработке аналоговых устройств. По этой причине, на основе логических элементов могут создаваться сверхсложные схемы с огромной степенью интеграции элементов, содержащие на одном кристалле миллиарды транзисторов, стоимость каждого из которых получается ничтожно малой. Именно это во многом и определило развитие современной электроники.
Гибридные схемы
Гибридные схемы объединяют элементы, относящиеся к аналоговой и цифровой схемотехнике. Среди прочих, к ним относятся компараторы , мультивибраторы , ФАПЧ , ЦАП , АЦП . Большинство современных радиоприборов и устройств связи используют гибридные схемы. К примеру, приёмник может состоять из аналоговых усилителя и преобразователя частот, после чего сигнал может быть преобразован в цифровую форму для дальнейшей обработки.
Техническая система
Техническая система (ТС ) - это материальный объект искусственного происхождения, который состоит из элементов (составных частей, различающихся свойствами , проявляющимися при взаимодействии) объединённых связями (линиями передачи единиц или потоков чего либо) и вступающих в определённые отношения (условия и способы реализации свойств элементов) между собой и с внешней средой , чтобы осуществить процесс (последовательность действий для изменения или поддержания состояния) и выполнить функцию ТС (цель , назначение , роль ). ТС имеет структуру (строение, устройство, взаиморасположение элементов и связей, задающее устойчивость и воспроизводимость функции ТС). Каждая составная часть ТС имеет индивидуальное функциональное назначение (цели использования) в системе.
В каждой ТС существует функциональная часть - объект управления (ОУ). Функции ОУ в ТС заключаются в восприятии управляющих воздействий (УВ) и в изменении в соответствии с ними своего состояния . ОУ в ТС не выполняет функций принятия решений, то есть не формирует и не выбирает альтернативы своего поведения, а только реагирует на внешние (управляющие и возмущающие) воздействия, изменяя свои состояния предопределенным его конструкцией образом.
В объекте управления всегда могут быть выделены две функциональные части - сенсорная и исполнительная.
Сенсорная часть образована совокупностью технических устройств, непосредственной причиной изменения состояний каждого из которых является соответствующие ему и предназначенные для этого управляющие воздействия. Примеры сенсорных устройств: выключатели, переключатели, задвижки , заслонки , датчики и другие подобные им по функциональному назначению устройства управления техническими системами.
Исполнительная часть образована совокупностью материальных объектов, все или отдельные комбинации состояний которых рассматриваются в качестве целевых состояний технической системы, в которых она способна самостоятельно выполнять предусмотренные её конструкцией потребительские функции. Непосредственной причиной изменения состояний исполнительной части ТС (ОУ в ТС) являются изменения состояний её сенсорной части.
Классификационные признаки объектов таксона «технические системы»:
представляют собой целостную совокупность конечного множества совзаимодействующих материальных объектов
имеют условия штатной эксплуатации, предусмотренные их конструкцией
содержат последовательно взаимодействующие друг с другом сенсорные и исполнительные функциональные части
имеют модели управляемого предопределенного причинно-следственного поведения в пространстве достижимых равновесных устойчивых состояний
имеют целевые состояния, соответствующие состояниям исполнительной части объекта управления в ТС
имеют способность, находясь в целевых состояниях, самостоятельно выполнять потребительские функции
Техническая система - это целостная совокупность конечного числа взаимосвязанных материальных объектов, имеющая последовательно взаимодействующие сенсорную и исполнительную функциональные части, модель их предопределенного поведения в пространстве равновесных устойчивых состояний и способность, при нахождении хотя бы в одном из них (целевом состоянии), самостоятельно выполнять в штатных условиях предусмотренные её конструкцией потребительские функции.
Техническая подсистема - это часть системы, имеющая все признаки объектов таксона «технические системы». Техническая подсистема может быть частью некоторой системы, которая сама может не относиться к классу ТС.
Устройство - это целостная совокупность конечного числа взаимосвязанных материальных объектов, имеющая модель предопределенного поведения и равновесные устойчивые состояния в штатных условиях эксплуатации.
В определении понятия «устройство» учитывается, что оно как составная часть ТС также должно иметь равновесные устойчивые состояния, определяющие свойства целевых состояний системы в целом.
Деталь - неразделимый на элементы материальный и функциональный объект технической системы или устройства.
В этом определении учитывается, в частности, «функциональное» свойство детали, которое заключается в её способности выполнять отведенную ей конструктором роль в ТС, то есть быть исправной.
Список литературы
электрическая энергия цифровая схема
Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. - М.: Гардарики, 2002. - 638 с. - ISBN 5-8297-0026-3
Л. А. Бессонов. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. Издание девятое переработанное и дополненное. Москва, «Высшая школа», 1996