Popis předmětu - A2B31ZEO

Přehled studia | Přehled oborů | Všechny skupiny předmětů | Všechny předměty | Seznam rolí | Vysvětlivky               Návod
A2B31ZEO Základy elektrických obvodů Rozsah výuky:2P+2S
Garanti:  Role:P,V Jazyk výuky:CS
Vyučující:  Zakončení:Z,ZK
Zodpovědná katedra:13131 Kreditů:5 Semestr:L

Anotace:

Předmět popisuje základní metody analýzy elektrických obvodů. V úvodní části je vysvětlen rozdíl mezi elektrickým zařízením, resp. skutečným elektrickým obvodem a jeho modelem. Dále jsou definovány základní aktivní a pasivní obvodové prvky a základní obvodové veličiny. V následujících přednáškách se studenti seznámí s důležitými obvodovými teorémy a metodami analýzy obvodů ve stacionárním a v harmonickém ustáleném stavu i během přechodných dějů vyvolaných změnami v obvodu. Poslední přednášky jsou pak věnovány využitím Laplaceovy transformace při analýze elektrických obvodů. Semináře jsou zaměřeny na procvičení nabytých vědomostí při analýze základních elektrických obvodů, doplněné simulacemi a jednoduchým měřením.

Výsledek studentské ankety předmětu je zde: A2B31ZEO

Cíle studia:

The aim is to unify different level of knowledge of students coming from schools of different categories and form the basis of knowledge necessary for next subjects. After finishing this subject each student should understand to fundamental principles of electric circuits, their behavior and fundamental methods of analysis.

Osnovy přednášek:

1. Elektrické zařízení a jeho obvodový model. Obvodové veličiny (elektrický náboj, napětí, proud, výkon), charakteristické hodnoty. Znaménkové konvence, základní topologické pojmy (uzel a smyčka). Základní pasivní a aktivní ideální obvodové prvky, Ohmův zákon.
2. Základní zákony a teorémy (Kirchhoffovy zákony, Théveninův a Nortonův teorém, princip superpozice), příklady použití (ekvivalence obvodových prvků, dělič napětí a dělič proudu, reálné zdroje).
3. Postupy a metody analýzy elektrických obvodů. Elementární metody analýzy lineárních odporových obvodů. Obvody s jedním a s více nezávislými zdroji. Využití ekvivalence zdrojů pro analýzu obvodů, zatěžovací přímka.
4. Výkon a výkonové přizpůsobení v odporových obvodech. Provozní stavy elektrických obvodů (přechodný děj, ustálený stav). Stacionární ustálený stav (SUS), model obvodu pro SUS. Obecné metody analýzy odporových obvodů (obvodové rovnice) - metoda uzlových napětí.
5. Obecné metody analýzy odporových obvodů - obvodové rovnice (metoda smyčkových proudů, topologie obvodu). Porovnání základních metod analýzy - příklady.
6. Harmonický ustálený stav (HUS), vyjádření harmonických průběhů pomocí fázorů, popis pasivních prvků (impedance, admitance). Fázorové diagramy.
7. Elementární a obecné metody analýzy obvodů v HUS. Výkon, výkonové přizpůsobení v HUS.
8. Kmitočtová závislost obvodových funkcí (impedance, admitance, přenos). Frekvenční charakteristiky obvodů, grafické znázornění a aproximace.
9. Rezonance, rezonanční obvody a jejich frekvenční charakteristiky. Obvodové rovnice v časové oblasti pro lineární obvody s akumulačními prvky.
10. Přechodné děje v elektrických obvodech. Přechodné děje 1. řádu v obvodech se stejnosměrným buzením.
11. Přechodné děje 2. řádu se stejnosměrným buzením (aperiodická odezva, tlumené kmity), základní kmitavé RLC obvody.
12. Přechodné děje s harmonickým buzením. Použití Laplaceovy transformace pro řešení obvodů (analýza přech. dějů v operátorové oblasti).
13. Buzení jednorázovými impulzy. Souvislost popisu a chování obvodů v časové a frekvenční oblasti. Ustálený stav v lin. obvodech při periodickém neharmonickém buzení.

Osnovy cvičení:

1. Úvod. Elektrický obvod, elektrické napětí a proud, zdroje a spotřebiče elektrické energie, fyzikální analogie elektrického obvodu.
2. Obvodové veličiny a jejich charakteristické hodnoty.
3. Pasivní a aktivní obvodové prvky, Ohmův zákon, elektrický obvod. Kirchhoffovy zákony. Sériové a paralelní řazení rezistorů (společný proud resp. společné napětí), nezatížené děliče napětí a proudu. Řazení ideálních zdrojů napětí a proudu.
4. Théveninův a Nortonův teorém, využití ekvivalence zdrojů, zatížené děliče napětí a proudu. Princip superpozice. Řešení odporových obvodů pomocí elementárních metod.
5. Sériové a paralelní řazení reálných zdrojů napětí a proudu. Výkon spotřebovávaný rezistorem, výkon dodávaný zdrojem, výkonové přizpůsobení.
6. Metoda uzlových napětí, metoda smyčkových proudů. Vstupní a výstupní odpor obvodu (pro obvody bez i s řízenými zdroji).
7. Fázory harmonických veličin, impedance a admitance pasivních prvků v HUS. Elementární obvody v HUS, jednoduché RC a RL články (integrační, derivační).
8. Fázorové diagramy. Výkony v HUS (činný, jalový a zdánlivý výkon, účiník), výkonové přizpůsobení. Obvodové rovnice v HUS.
9. Frekvenční charakteristiky jednoduchých RC a RL článků (integrační, derivační). Oblast přibližné integrace resp. derivace harmonického signálu, PWM. Frekvenční charakteristiky složitějších obvodů.
10. Rezonance, rezonanční obvody. Vztah napětí a proudu na akumulačních prvcích (L a C). Kapacitor napájený konstantním proudem, induktor napájený konstantním napětím.
11. Přechodné děje 1. řádu v obvodech se stejnosměrnými zdroji, v obvodech s harmonickými zdroji.
12. Přechodné děje 2. řádu v RLC obvodech se stejnosměrnými zdroji (aperiodická odezva, tlumené kmity).
13. Řešení obvodů pomocí Laplaceovy transformace, přechodné děje, impulzní buzení. Zápočet.

Literatura:

[1] Blány k přednáškám a soubory příkladů dostupné na stránkách předmětu na výukovém portálu MOODLE (https://moodle.kme.fel.cvut.cz/moodle/login/index.php?lang=cs)
[2] Havlíček V., Pokorný M., Zemánek I.: Elektrické obvody 1, 1. vyd., Praha: Česká technika - nakladatelství ČVUT, 2005, ISBN 80-01-03299-X
[3] Havlíček V., Zemánek I.: Elektrické obvody 2, 1 vyd., Praha: Česká technika - nakladatelství ČVUT, 2008, ISBN 978-80-01-03971-7.
Nepovinná literatura pro rozšíření znalostí:
[4] Irwin, J. D., Nelms R. M.: Basic engineering circuit analysis: / 9th ed., Wiley, 2008, ISBN 0470128690
[5] Floyd T. L.: Principles of Electric Circuits, Conventional Current Version, 8th ed., Pearsen Prentice Hall, ISBN 0-13-170179-7
[6] Alexander Ch. K., Sadiku M., N. O.: Fundamentals of Electric Circuits, 3rd ed., Mc Graw Hill, ISBN: 978-0-07-297718-9

Požadavky:

Z matematiky musí student znát komplexní čísla, základní integrály a derivace a základy Laplaceovy transformace. Student by měl být dále schopen řešit soustavy rovnic. Podmínky absolvování a podrobnější informace k průběhu výuky (zejména organizace kontrolních testů a bodování prezentací v průběhu semestru) jsou dostupné na výukovém portálu MOODLE. (https://moodle.kme.fel.cvut.cz/moodle/login/index.php?lang=cs)

Poznámka:

Rozsah výuky v kombinované formě studia: 14p+6s

Webová stránka:

https://moodle.fel.cvut.cz/courses/A2B31ZEO

Klíčová slova:

analýza analogových obvodů, Kirchhoffovy zákony, metoda uzlových napětí, metoda smyčkových proudů, obvodové teorémy, přechodný děj, harmonický ustálený stav, frekvenční charakteristika

Předmět je zahrnut do těchto studijních plánů:

Plán Obor Role Dop. semestr
BPKME1 Komunikační technika P 2
BPKME5 Komunikace a elektronika P 2
BPKME_BO Před zařazením do oboru P 2
BPKME4 Síťové a informační technologie P 2
BPKME3 Aplikovaná elektronika P 2
BPKME2 Multimediální technika P 2
BPOI1 Počítačové systémy V 2
BPOI_BO Před zařazením do oboru V 2
BPOI3 Softwarové systémy V 2
BPOI2 Informatika a počítačové vědy V 2
BPKYR1 Robotika V 2
BPKYR_BO Před zařazením do oboru V 2
BPKYR3 Systémy a řízení V 2
BPKYR2 Senzory a přístrojová technika V 2
BPEEM1 Aplikovaná elektrotechnika V 2
BPEEM_BO Před zařazením do oboru V 2
BPEEM2 Elektrotechnika a management V 2
BMI(ECTS) Manažerská informatika V 2
BWM(ECTS) Web a multimedia V 2
BIS(ECTS) Inteligentní systémy (bakalářský, dobíhající pro nástupní ročníky před 2013) V 2
BSI(ECTS) Softwarové inženýrství V 2


Stránka vytvořena 11.11.2019 17:50:47, semestry: Z,L/2020-1, L/2018-9, Z,L/2019-20, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336)
Za obsah odpovídá: doc. Ing. Ivan Jelínek, CSc.