Электротехника и электроника

М.В. Гальперин
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА 
И ЭЛЕКТРОНИКА
УЧЕБНИК
2-е издание
Рекомендовано Межрегиональным учебно-методическим советом 
профессионального образования в качестве учебника 
для студентов высших учебных заведений, обучающихся 
по укрупненной группе специальностей и направлений 
11.03.00 «Электроника, радиотехника и системы связи», 
12.03.00 «Фотоника, приборостроение, оптические и биотехнические 
системы и технологии» (квалификация (степень) «бакалавр») 
Москва                                        2022
ИНФРА-М

УДК 621.38(075.8)
ББК 32.85я73
 
Г17
Р е ц е н з е н т ы:
Соколов В.В. — кандидат физико-математических наук, директор 
Московского государственного техникума технологии, экономики 
и права имени Л.Б. Красина;
Грибань Т.Н. — заместитель директора по учебной работе Московского радиотехнического колледжа имени академика А.А. Расплетина; 
Мельник Л.Г. — преподаватель, председатель предметно-цикловой 
комиссии Московского радиотехнического колледжа имени академика А.А. Расплетина
Гальперин М.В.
Г17 
 
Электротехника и электроника : учебник / М.В. Гальперин. — 
2-е изд. — Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2022. — 480 с. — (Высшее 
образование: Бакалавриат).
ISBN 978-5-00091-660-5 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-014863-2 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-107681-1 (ИНФРА-М, online)
В учебнике рассмотрены электрические и электромагнитные поля, 
электрические цепи постоянного и переменного тока, трансформаторы, электрические машины и электропривод, передача и распределение 
электроэнергии, физические принципы действия, структуры и схемы 
включения полупроводниковых и фотоэлектронных приборов (диодов, 
тиристоров, биполярных и полевых транзисторов, фоторезисторов, фото- 
и светодиодов, фототранзисторов, жидкокристаллических и электронно-лучевых дисплеев и фотоумножителей), типовые электронные узлы 
и устройства: усилительные каскады, операционные усилители, компараторы, электронные выпрямители, линейные и импульсные стабилизаторы, трансформаторы постоянного тока, генераторы сигналов и таймеры. 
Описаны основные семейства логических элементов и выполнение на их 
базе логических операций, построение цифровых узлов и их применение 
в электронных устройствах автоматики и вычислительной техники, запоминающие устройства, структура микропроцессоров и микроЭВМ, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи. Изложены принципы 
работы электроизмерительных приборов и устройств, методы их защиты 
от внешних и внутренних помех.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по техническим специальностям.
УДК 621.38(075.8)
ББК 32.85я73
ISBN 978-5-00091-660-5 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-014863-2 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-107681-1 (ИНФРА-М, online)
© Гальперин М.В., 2019
© ФОРУМ, 2019

Предисловие
Электротехника и электроника стали неотъемлемой частью
современной технической культуры и содержат огромное число
специализированных областей. Подходы и расчетные методы,
используемые в различных областях электротехники и электроники, зачастую очень сильно различаются. Специалист по электродвигателям использует язык, не имеющий ничего общего с
языком описания компьютерной техники, а связист применяет
совершенно другую, третью терминологию. Однако при построении
единого
общеобразовательного
курса
электротехники
и
электроники такое разноязычие было бы недопустимо. Поэтому
настоящий учебник включает в себя только наиболее общие элементы и понятия, знакомство с которыми необходимо современному техническому специалисту. Внимание сосредоточено
на физических законах, лежащих в основании электрических и
электронных машин и агрегатов, а также на ключевых практических сторонах устройства и эксплуатации оборудования, таких
как проблема устойчивости, стабилизация режимов и защита от
перегрузок и помех.
Значительная часть книги посвящена компонентам электрических и электронных узлов и систем, их характеристикам и
способам представления в виде упрощенных моделей. Эти знания нужны не только разработчику аппаратуры, они нужны и
тому, кто ее использует, — иначе он не сможет обеспечить ее
эффективную эксплуатацию или будет применять сложное оборудование и приемы там, где можно обойтись простыми средствами.
Внедрение компьютерной техники в системы управления
технологическими агрегатами, на транспорте, и в других самых
разнообразных отраслях требует прежде всего грамотного построения и эксплуатации внешней «обвязки» компьютеров. Поэтому здесь уделено много места организации измерений, линиям связи и технике усиления и преобразования информации,

Предисловие
поступающей от датчиков в компьютер и от компьютера к исполнительным механизмам.
Для работы с учебником достаточно знания математики и физики в объеме средней школы, в том числе операций с комплексными числами и элементов математического анализа. Чтобы облегчить пользование книгой неопытному читателю, ниже приведены перечни основных аббревиатур и обозначений, а также
используемых единиц измерения.
Список литературы включает в себя ряд современных изданий и учебников, а также монографий, наиболее полно отражающие рассмотренные вопросы и полезных для их углубленного
изучения.
Всех читателей, заметивших опечатки и иные погрешности в
книге, автор просит сообщать о них в издательство.
Автор

Основные аббревиатуры и обозначения
Заглавные буквы в индексах и на рисунках К, Б, Э означают
соответственно
«коллектор»,
«база»,
«эмиттер»,
С,
З,
И
—
«сток», «исток», «затвор». Под термином «земля» подразумевается провод или шина, потенциал которой принимается равным
нулю. Векторы обозначаются жирным шрифтом, прямыми латинскими буквами. Символ || означает параллельное соединение
элементов в электрической цепи. Например, R1 || R2 означает параллельное соединение резисторов R1 и R2.
АМ — амплитудная модуляция;
АЦП — аналого-цифровой преобразователь;
ГР — схема гальванического разделения цепей;
ЗУ — запоминающее устройство;
КЗ — короткое замыкание;
КМОП — схемы и логические элементы с комплементарными полевыми транзисторами обогащенного типа со структурой
металл-окисел-полупроводник;
КОСС — коэффициент ослабления синфазного сигнала;
КОДП — коэффициент ослабления дифференциальной помехи;
ЛАЧХ — логарифмическая амплитудно-частотная характеристика;
МОП — структура металл-окисел-полупроводник;
ОБ — схема с общей базой;
ОК — схема с общим коллектором (эмиттерный повторитель);
ОУ — операционный усилитель;
ОЭ — схема с общим эмиттером;
ПЗУ — постоянное запоминающее устройство;
ППЗУ — перезаписываемое постоянное запоминающее устройство;

Основные аббревиатуры и обозначения
ПТ — полевой транзистор с p-n-переходом;
ТТЛ — транзисторно-транзисторные логические схемы;
ТТЛШ — транзисторно-транзисторные логические схемы
с диодами (транзисторами) Шоттки;
ФАПЧ — фазовая автоподстройка частоты и схемы, ее реализующие;
ФЧХ — фазо-частотная характеристика;
ХХ — холостой ход;
ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь;
ЧИМ — частотно-импульсная модуляция;
ЧМ — частотная модуляция;
ШИМ — широтно-импульсная модуляция;
ЭДС — электродвижущая сила;
ЭЛТ — электроннолучевая трубка;
В — магнитная индукция;
В — модуль вектора магнитной индукции;
Bмакс — индукция насыщения ферромагнетиков;
BR — остаточная магнитная индукция ферромагнетиков;
C — электрическая емкость;
Cвп — емкость фильтра выпрямителя;
CК и CЭ — емкости коллекторного и эмиттерного переходов
биполярного транзистора;
CН — емкость нагрузки;
CЗС — емкость затвор—сток полевого транзистора;
c 
 3  108 м с1 — скорость света в вакууме;
E — вектор напряженности электрического поля;
E — модуль вектора напряженности электрического поля и
напряжение источника питания;
Eсм — напряжение источника смещения;
F — вектор силы;
f — частота, число оборотов в секунду;
fгр.в — верхняя граничная частота (полосы пропускания схемы или цепи);
fгр.н — нижняя граничная частота (полосы пропускания схемы или цепи);
G — проводимость;

Основные аббревиатуры и обозначения
7
I — сила тока;
I0 — тепловой ток p-n-перехода;
IБ, iБ — ток базы биполярного транзистора для большого и
малого сигнала соответственно;
IГ — сила тока генератора или источника;
IK — ток коллектора;
IКЗ — ток короткого замыкания;
Iобр — обратный ток p-n-перехода;
IC — ток стока (канала) полевого транзистора;
IC нач — начальный ток стока (канала) полевого транзистора;
Iсм — ток смещения дифференциального каскада или операционного усилителя;
IТ — ток термогенерации p-n-перехода;
IЭ — ток эмиттера;
H — вектор напряженности магнитного поля;
H — модуль вектора напряженности магнитного поля;
HC — коэрцитивная сила ферромагнетиков;
h11Э — собственное входное сопротивление транзистора, измеряемое между базой и эмиттером, для сигнала, приложенного
к базе;
h21Б — статический коэффициент усиления по току биполярного транзистора в схеме с общей базой (ОБ);
h21Э — статический коэффициент усиления по току биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ);
h21э — коэффициент усиления по току биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ) для малого сигнала;
j — мнимая единица, (1)1/2;
K() — модуль коэффициента передачи на частоте , ЛАЧХ;
K(j) — комплексный передаточный коэффициент (коэффициент усиления) звена или схемы;
Kо.с — коэффициент усиления усилителя с замкнутой обратной связью;
КU ( j) — комплексный коэффициент усиления по напряжению;
КU 0 — коэффициент усиления по напряжению в пределах
полосы пропускания;

Основные аббревиатуры и обозначения
kГ — коэффициент нелинейных искажений (гармоник);
L — индуктивность;
l — расстояние, длина;
M — намагниченность (тела);
M — взаимная индуктивность и крутящий момент;
P — мощность;
PH — мощность в нагрузке;
Pдоп — допустимая мощность рассеяния прибора;
Q, q — электрический заряд или q — плотность заряда;
R — активное сопротивление и радиус (расстояние);
RН и RГ — активные сопротивления нагрузки и источника;
Rвх — входное активное сопротивление цепи или схемы;
Rвых — выходное активное сопротивление цепи или схемы;
r — дифференциальное активное сопротивление;
r, r0 — расстояние или радиус;
rБ — объемное сопротивление базы биполярного транзистора
или диода;
rК — дифференциальное сопротивление коллекторного перехода на низкой частоте;
rС — дифференциальное сопротивление стока полевого транзистора;
rЭО — объемное сопротивление эмиттера биполярного транзистора или диода;
rЭ — дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода биполярного транзистора или диода;
S — площадь поверхности или крутизна усилительного прибора (например, транзистора);
T — постоянная времени или период колебаний;
t — время;
tрас — время рассасывания заряда неосновных носителей
в базе;
tфр — длительность фронта импульсного сигнала;
U — разность потенциалов, напряжение относительно нулевой шины (земли);
Uа — амплитуда сигнала;

Основные аббревиатуры и обозначения
9
UБЭ — напряжение между внешними выводами эмиттера и
базы прямосмещенного p-n-перехода эмиттер—база биполярного
транзистора или диода;
UБЭ нас и UКЭ нас — остаточные напряжения на базе и коллекторе насыщенного биполярного транзистора;
Uвх, uвх — напряжение на входе цепи или схемы для большого
и малого сигнала соответственно;
Uвх синф — синфазное входное напряжение;
Uвых, uвых — напряжение на выходе цепи или схемы для большого и малого сигнала соответственно;
UЗИ — напряжение затвор—исток полевого транзистора;
UЗИ отс — напряжение затвор—исток отсечки тока канала полевого транзистора;
UЗИ пор
—
пороговое
напряжение
обогащенного
полевого
транзистора с изолированным затвором;
UКЭ — напряжение между коллектором и эмиттером биполярного транзистора;
UH — напряжение на нагрузке;
UСИ — напряжение сток—исток полевого транзистора;
Uсдв 0 — напряжение сдвига нуля дифференциального каскада
или операционного усилителя;
UХХ — напряжение холостого хода;
uo.c — напряжение обратной связи;
u — напряжение сигнала в суммирующей точке;
W — работа или энергия;
w — число витков катушки, дросселя или обмотки трансформатора;
Z(j), Z — комплексное сопротивление;
ZН — комплексное сопротивление нагрузки;
Zвх  — комплексное входное сопротивление в суммирующей
точке;
 — коэффициент передачи цепи обратной связи;
 — коэффициент передачи входной цепи в схеме с обратной
связью;
 — знак малого приращения;
Å — электродвижущая сила (ЭДС);

Основные аббревиатуры и обозначения
	 — относительная диэлектрическая проницаемость;
	0 
 0
1 c2 (c 
 3  108 м с1 — скорость света в вакууме) — абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума (диэлектрическая постоянная);

 — магнитная восприимчивость;
 — относительная магнитная проницаемость среды;
а — абсолютная магнитная проницаемость среды;
0 
 4107 Н  с2 Кл2 — абсолютная магнитная проницаемость вакуума (магнитная постоянная);

 — декремент затухания;
 — поток вектора напряженности электрического поля;
 — удельное сопротивление;
доп — допустимая температура p-n-переходов (типичное значение для кремния 150 °C);
окр — температура окружающей среды;
 — время жизни носителей в базе биполярного транзистора;
 — магнитный поток;
 — угол фазового сдвига и потенциал;
 — температурный потенциал;
к — контактная разность потенциалов;
() — фазо-частотная характеристика;
 — потокосцепление (магнитных полей);
 — круговая частота.