Общая электротехника и электроника

ОБЩАЯ 
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
И ЭЛЕКТРОНИКА

Москва
ИНФРА-М
2020

Под редакцией П.Д. Саркисова

УЧЕБНИК

2-е издание, исправленное и дополненное

Ю.А. КОМИССАРОВ
Г.И. БАБОКИН

Рекомендовано 
Учебно-методическим объединением в области 
химической технологии и биотехнологии 
Министерства образования и науки РФ
в качестве учебника для студентов вузов, 
обучающихся по химико-технологическим 
направлениям подготовки бакалавров 
и дипломированных специалистов

УДК 621(075.8)
ББК 31.2:32.85я73
 
К63

Комиссаров Ю.А.
Общая электротехника и электроника : учебник / Ю.А. Комиссаров, Г.И. Бабокин ; под ред. П.Д. Саркисова. — 2-е изд., испр. и доп. — 
Москва : ИНФРА-М, 2020. — 479 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/13474.

ISBN 978-5-16-010416-4 (print)
ISBN 978-5-16-102391-4 (online)

Рассмотрены основные понятия теории электротехники и электроники. 
Приведены анализ и методы расчета однофазных и трехфазных электрических цепей; нелинейных и магнитных цепей; переходных процессов в электрических цепях. Даны основы теории электротехнических трансформаторов 
и электрических машин, их основные характеристики. Рассмотрены элементная база современных промышленных электронных устройств, усилители 
электрических сигналов, источники питания, цифровые устройства и основы 
микропроцессорной техники.
Соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования последнего поколения.
Предназначено для студентов технологических и технических высших учебных заведений.

УДК 621(075.8)
ББК 31.2:32.85я73

К63

©  Комиссаров Ю.А., 
Бабокин Г.И., 2010
©  Комиссаров Ю.А., 
Бабокин Г.И., 2016, 
с изменениями
ISBN 978-5-16-010416-4 (print)
ISBN 978-5-16-102391-4 (online)

Оригинал-макет подготовлен в НИЦ ИНФРА-М

Подписано в печать 26.03.2020. 
Формат 6090/16. Бумага офсетная. Гарнитура Newton. 
Печать цифровая. Усл. печ. л. 29,94. ППТ60. Заказ № 00000

ТК 318900-1093351-081015

ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29
E-mail: books@infra-m.ru             http://www.infra-m.ru

Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебник предназначен для изучения общепрофессиональной дисциплины «Общая электротехника и электроника» в вузах, осуществляющих подготовку бакалавров, магистров и дипломированных 
специалистов по химико-технологическим направлениям подготовки.
Содержание учебника соответствует действующей примерной 
программе по «Общей электротехнике и электронике», рекомендованной Минобразования России по направлениям подготовки в области техники и технологий сельского и рыбного хозяйства. В зависимости от состава специальностей, принятой методики изложения 
и рабочих программ различных вузов последовательность изложения 
тем и степень их детализации могут варьироваться.
Дисциплина «Общая электротехника и электроника» служит для 
общеинженерной подготовки студентов и создания теоретической 
базы для изучения последующих специальных дисциплин, связанных с автоматизацией технологических процессов, электроснабжением и электрооборудованием соответствующих отраслей.
Цель изучения — это теоретическая и практическая подготовка 
бакалавров и инженеров неэлектротехнических специальностей в области электротехники и электроники в такой степени, чтобы они 
могли выбирать необходимые электротехнические, электронные, 
электроизмерительные устройства, уметь их правильно эксплуатировать и составлять совместно с инженерами-электриками технические задания на разработку электрических частей автоматизированных установок для управления производственными процессами.
Основные задачи изучения дисциплины — это формирование:
• минимально необходимых знаний основных электротехнических 
законов и методов анализа электрических, магнитных и электронных цепей;
• принципов действия, свойств, областей применения и потенциальных возможностей основных электротехнических, электронных устройств и электроизмерительных приборов;
• основ электробезопасности; умения экспериментальным способом и на основе паспортных и каталожных данных определять 
параметры и характеристики типовых электротехнических 
и электронных устройств; использовать современные вычислительные средства для анализа состояния и управления электротехническими элементами, устройствами и системами.

Авторы использовали накопленный опыт преподавания дисциплины «Общая электротехника и электроника» в ГОУ ВПО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», а также материалы учебного пособия Ю.А. Комиссарова, 
Л.С. Гордеева, Д.П. Вента, Г.И. Бабокина «Основы электротехники, 
микроэлектроники и управления. Теория и расчет».
Предлагаеый учебник написан заново, однако авторы использовали в этой работе весь методический опыт применения в учебном 
процессе данного труда. Число разделов учебника сокращено, 
исключены материалы по выполнению лабораторных работ на ЭВМ, 
расчетные задания и электротехнологический раздел. Учебник дополнен примерами решения задач по основным разделам электрических цепей и машин. Расширено и систематизировано изложение 
цифровой, аналоговой и импульсной электроники.
При изложении принципа действия и теории электрических 
машин дополнительно представлены их характеристики в генераторном режиме. Более подробно рассмотрены структура и работа 
микропроцессорных систем, введен новый раздел — электрические 
измерения и приборы.
Учебник может быть полезен для широкого круга читателей, интересующихся вопросами практического применения электрической 
энергии в быту и производстве.
Учебник может быть использован при подготовке к тест-экзаменам, проводимым для проверки знаний студентов при аттестации 
вузов, а также для преподавателей при написании лекций, методических указаний к практическим занятиям, расчетно-графических 
заданий, контрольных работ и рефератов.
Материал изложен для преподавания дисциплины «Общая электротехника и электроника» при изучении дисциплины в объеме 
70–120 часов (I уровень) и 120–180 часов (II уровень), рекомендованной Минобразования России.
Авторы выражают большую благодарность академику РАН 
П.Д. Саркисову за общее редактирование рукописи, рецензентам 
за ценные замечания и внимание, проявленное при подготовке рукописи к изданию.
Авторы надеются, что это издание будет способствовать совершенствованию методологии обучения студентов основам электротехники, электроники в инновационном направлении.
Авторы также с благодарностью примут все замечания и пожелания читателей, которые просим направлять по адресу: 125047, 
г. Москва, Миусская пл. 9, РХТУ им. Д.И. Менделеева.
Авторы

сокращения терминов и аббревиатуры

АД 
— асинхронный двигатель
АЛУ 
— арифметико-логическое устройство
АЦП 
— аналого-цифровой преобразователь
АЧХ 
— амплитудно-частотная характеристика
БИС 
— большие интегральные схемы
ВАХ 
— вольт-амперная характеристика
ВбАХ 
— вебер-амперная характеристика
ВКМ 
— внутренняя контрольная магистраль
ДПТ 
— двигатель постоянного тока
ДТЛ 
— диодно-транзисторная логика
ИВЭ 
— источник вторичного электропитания
ИО 
— исполнительный орган
ИС 
— интегральная схема
ИЭ 
— источник энергии, измерительный элемент
КВХ 
— кулон-вольтная характеристика
КЗ 
— короткое замыкание
КПД 
— коэффициент полезного действия
МДП-транзистор — металл—диэлектрик—полупроводник
МДС 
— магнито-движущая сила
МИС 
— малые интегральные схемы
МК 
— микроконтроллер
МОП-транзистор — металл—оксид—полупроводник
МПС 
— микропроцессорная система
ОБ 
— общая база
ОВ 
— обмотка возбуждения
ОЗ 
— общий затвор
ОЗУ 
— оперативное запоминающее устройство
ОИ 
— общий исток
ОК 
— общий коллектор
ОС 
— общий сток
ОУ 
— операционный усилитель
ОЭ 
— общий эмиттер
ПД 
— приводной двигатель
ПДП 
— прямой доступ к памяти
ПЗУ 
— постоянное запоминающее устройство
ПУЭ 
— правила устройств электроустановок
РТЛ 
— резисторно-транзисторная логика

РЭ 
— регулируемый элемент
СБИС 
— сверхбольшие интегральные схемы
СИС 
— средние интегральные схемы
СД 
— синхронный двигатель
СИ 
— синхронизирующий импульс
ТТЛ 
— транзисторно-транзисторная логика
УАД 
— универсальный асинхронный двигатель
УВВ 
— устройство ввода, вывода
УКД 
— универсальный коллекторный двигатель
УМ 
— усилитель мощности
УН 
— усилитель напряжения
УТ 
— усилитель тока
УПТ 
— усилитель постоянного тока
УСО 
— устройство связи с объектами
УЭ 
— управляющий электрод
УЭС 
— усилители электрических сигналов
ЦАП 
— цифроаналоговый преобразователь
ЭДС 
— электродвижущая сила;
ЭВМ 
— электронно-вычислительная машина
ЭС 
— элемент сравнения
ЭСЛ 
— эмиттерно-связанная логика

введение

Электротехника — это область науки, которая изучает применение электрических и магнитных явлений для практического использования. Производство, передача, распределение и различные 
виды преобразования энергии относятся к области энергетики (генераторы, вырабатывающие электрическую энергию и электрические машины, преобразующие ее в механическую, а также линии 
передачи электрической энергии). Применение электротехнических 
установок и устройств, использующих электрические, магнитные 
поля и явления в технологических процессах, — это область электротехнологии (установки для электроплавки, электролиза и т.д.). Современная технология основана на получении и обработке информации о быстропротекающих технологических процессах. Передачу 
информации и дистанционное управление технологическими процессами осуществляют технические устройства, использующие 
электрические сигналы, что обусловило применение электрических 
и электронных измерительных приборов и их элементов: усилителей, 
импульсных электронных устройств и т.д.
Исследование электрических явлений и их практических приложений начиналось на рубеже XVIII–XIX вв. с изучения свойств 
не изменяющегося во времени постоянного тока. Это было обусловлено изобретением источников электрической энергии постоянного тока — сначала гальванических элементов (А. Вольта, 1745–
1827), позднее аккумуляторов, а также первыми успехами применения электричества для освещения (П.Н. Яблочков, 1847–1894), 
электролиза и гальванопластики (Б.С. Якоби, 1801–1874).
Экспериментальные исследования свойств постоянного тока позволили выявить и обосновать ряд закономерностей и понятий 
(А.М. Ампер, 1775–1836; Г.С. Ом, 1787–1854; Ш.О. Кулон, 1736–1806 
и др.). В дальнейшем исследования (М. Фарадей, 1791–1867; 
Э.Х. Ленц, 1804–1865; Д. Генри, 1797–1878; В. Сименс, 1816–1892; 
Д.П. Джоуль, 1818–1889; В.Э. Вебер, 1804–1891; Д.К. Максвелл, 
1831–1879; Г.Р. Герц, 1857–1894 и др.) показали, что большинство 
закономерностей, первоначально полученных при анализе цепей 
постоянного тока, являются фундаментальными законами, заложившими основы электротехники.
Электротехническое устройство (аккумулятор, линия передачи 
энергии, амперметр, реостат, лампа накаливания) предназначено для 

выработки, распределения, контроля, преобразования и использования электрической энергии. Постоянный ток применяют при 
электрохимическом получении алюминия, на городском и железнодорожном электротранспорте, в электронике, медицине и других 
областях науки и техники.
Остро стоит проблема создания экономичных способов передачи 
электрической энергии на дальние и сверхдальние расстояния. Применение высоковольтных линий передачи постоянного тока 
на большие расстояния является экономически наиболее целесообразным.
Разрабатываются новые источники электрической энергии постоянного тока — магнитогидродинамические генераторы. Их освоение 
позволит существенно повысить КПД электрических станций.
Быстрыми темпами развиваются и совершенствуются различные 
типы возобновляемых источников электрической энергии постоянного тока. К возобновляемым источникам энергии относятся 
энергия солнца, ветра, приливов и отливов и других природных 
источников. Так, например, источники, преобразующие солнечную 
энергию, служат основными источниками энергии космических аппаратов в автономном полете, для привода электромобилей, отопления жилых помещений и т.д.
Электроника стала одним из важнейших направлений научнотехнического процесса в мире. Создание больших и сверхбольших 
интегральных микросхем, микропроцессоров и микропроцессорных 
систем позволило организовать массовое производство компьютеров 
высокого быстродействия, различных видов электронной аппаратуры, систем и устройств управления технологическими процессами, 
систем связи, экспертных, контролирующих и других систем.
Электроника — это отрасль науки и техники, связанная с исследованиями, разработкой, изготовлением и применением электронных, ионных и полупроводниковых устройств.
История развития электроники базируется на совершенствовании 
ее элементной базы: электронных ламп (с 1900 г.), транзисторов 
(с 1947 г.), интегральных схем (с 1958 г.), функциональных устройств 
с использованием объемных эффектов (с 1980 г.). Можно назвать 
основные области применения электроники: электросвязь; радиоэлектронная аппаратура широкого применения; вычислительная 
техника и промышленная электроника.
Бурное развитие электротехники и электроники обеспечивает 
повышение производительности труда в промышленности, улучшение условий труда и комфортности быта человека.

раздел I 
ЭлектриЧеские и маГнитные ЦеПи

Глава 1 
основные оПределения, тоПолоГия  
и методы расЧета ЭлектриЧеских  
ЦеПей ПостоянноГо тока

1.1. основные Понятия и обознаЧения  
ЭлектриЧеских велиЧин и Элементов  
ЭлектриЧеских ЦеПей

Электрической цепью называют совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные 
процессы в которых могут быть описаны с помощью математических 
зависимостей, электродвижущей силы (ЭДС), тока и напряжения. 
(Понятия об ЭДС, токе и напряжении рассмотрены в курсе физики.)
Элемент электрической цепи — отдельное устройство, входящее 
в состав цепи и выполняющее в ней определенную функцию.
Электрическая цепь включает следующие элементы: источник 
электрической энергии; приемник электрической энергии; 
устройства, связывающие источник и приемник; вспомогательные 
устройства.
Источники электрической энергии преобразуют химическую, механическую, тепловую, световую и другие виды энергии в электрическую. В процессе преобразования неэлектрической энергии 
в электрическую на зажимах источников за счет действия этих видов 
энергии создается ЭДС. В качестве источников, преобразующих неэлектрическую энергию в электрическую, могут быть аккумулятор, 
генератор постоянного и переменного тока, термопара и солнечный 
фотоэлемент.
В приемнике электрической энергии происходят преобразования 
электрической энергии в другие виды энергии. Например, в электрической машине, работающей в режиме двигателя, электрическая 
энергия превращается в механическую; в электрической печи или 
резисторе — тепловую; в лампе накаливания — тепловую и све

товую. Ряд электрических устройств в определенных условиях 
может работать как источник электрической энергии и как потребитель ее. Например, аккумулятор работает как источник энергии, 
когда отдает ее приемнику (в сеть), и как приемник, когда при зарядке воспринимает электрическую энергию, превращая ее в химическую.
В качестве устройств, связывающих источник электрической 
энергии и приемник, служат провода, обладающие минимальным 
сопротивлением протеканию тока. Они обеспечивают передачу 
электрической энергии от источника к приемнику. Несмотря 
на малое сопротивление проводов в них имеют место потери электрической энергии. Далее рассматриваются идеальные провода, соединяющие элементы электрической цепи, имеющие нулевое сопротивление, т.е. с потерями энергии, равными нулю.
К вспомогательным устройствам электрической цепи относят: выключатели, коммутационные устройства, которые с помощью замыкающих, размыкающих или переключающих контактов изменяют 
режим работы цепи; предохранители, обеспечивающие предохранение элементов цепи от токов короткого замыкания; измерительные приборы, служащие для измерения параметров цепи — тока, 
напряжения.
При анализе и расчете электрических цепей элементы реальной 
цепи заменяют условными обозначениями. Графическое изображение электрической цепи называют схемой электрической цепи. 
Условные обозначения генераторов, приемников и вспомогательных 
элементов представлены в табл. 1.1.
На рис. 1.1, а показана упрощенная физическая электрическая 
цепь фонарика. Она включает аккумулятор АК, лампу накаливания 
Л, выключатель В и провода П, соединяющие элементы цепи. 
На рис. 1.1, б, в представлены электрические схемы указанной цепи, 
состоящие из условных обозначений. На этих схемах представлены 
аккумулятор А — источник энергии и резистор R — лампа накаливания Л.
Электрическая цепь и соответствующая ей электрическая схема 
может быть простой неразветвленной (см. рис. 1.1), а может быть 
сложной разветвленной цепью, т.е. включать несколько источников 
и приемников, соединенных проводами (рис. 1.2).
В схеме на рис. 1.2 в качестве источников электрической энергии 
представлены источники ЭДС Е1 и Е2 (например, гальванические 
элементы), а в качестве приемников резисторы R1–R5 (например, 
нагревательные элементы — тэны).