Lineaarialgebra MATH.1040 / Piirianalyysiä 2

Samankaltaiset tiedostot
Lineaarialgebra MATH.1040 / Piirianalyysiä

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

Sähkötekniikka ja elektroniikka

Sinin muotoinen signaali

Sinimuotoinen vaihtosähkö ja siihen liittyviä käsitteitä ja suureita. Sinimuotoisten suureiden esittäminen osoittimilla

DEE Sähkötekniikan perusteet

Kuva 1: Vaihtovirtapiiri, jossa on sarjaan kytkettynä resistanssi, kapasitanssi ja induktanssi

Harjoitus 1. Tehtävä 1. Malliratkaisut. f(t) = e (t α) cos(ω 0 t + β) L[f(t)] = f(t)e st dt = e st t+α cos(ω 0 t + β)dt.

R = Ω. Jännite R:n yli suhteessa sisäänmenojännitteeseen on tällöin jännitteenjako = 1

Tehtävä 1. a) sähkövirta = varausta per sekunti, I = dq dt = 1, A = 1, C s protonin varaus on 1, C

Erään piirikomponentin napajännite on nolla, eikä sen läpi kulje virtaa ajanhetkellä 0 jännitteen ja virran arvot ovat. 500t.

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

Johdatus vaihtosähköön, sinimuotoiset suureet. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

Trigonometriset funktiot

521384A RADIOTEKNIIKAN PERUSTEET Harjoitus 3

FYSP1082/3 Vaihtovirtakomponentit

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

Esimerkki 1 Ratkaise differentiaaliyhtälö

Lukion matematiikkakilpailun alkukilpailu 2015

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

VAIHTOVIRTAPIIRI. 1 Työn tavoitteet

Lineaarialgebra MATH.1040 / trigonometriaa

Kolmiot, L1. Radiaani. Kolmiolauseet. Aiheet. Kulmayksiköt, aste. Radiaani. Suorakulmainen kolmio. Kolmiolauseet

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

Tietoliikennesignaalit & spektri

Luku 13. Vaihtovirrat Sinimuotoinen vaihtojännite

Pakotettu vaimennettu harmoninen värähtelijä Resonanssi

DEE Sähkötekniikan perusteet

Todista, että jokaisella parittoman asteen reaalikertoimisella polynomilla on ainakin yksi reaalinen nollakohta. VASTAUS: ...

Lineaarikuvausten. Lineaarikuvaus. Lineaarikuvauksia. Ydin. Matriisin ydin. aiheita. Aiheet. Lineaarikuvaus. Lineaarikuvauksen matriisi

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA. Kompleksilukujen hyödyntäminen vaihtosähköpiirien

Kompleksiluvut Kompleksitaso

Kompleksianalyysi. Jukka Kemppainen. Mathematics Division

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

C 2. + U in C 1. (3 pistettä) ja jännite U C (t), kun kytkin suljetaan ajanhetkellä t = 0 (4 pistettä). Komponenttiarvot ovat

Kertausosa. 5. Merkitään sädettä kirjaimella r. Kaaren pituus on tällöin r a) sin = 0, , c) tan = 0,

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA Aalto-yliopisto, sähkötekniikan korkeakoulu

RCL-vihtovirtapiiri: resonanssi

TTY FYS-1010 Fysiikan työt I Asser Lähdemäki, S, 3. vsk. AA 5.2 Vaihtosähköpiiri Antti Vainionpää, S, 3. vsk.

Fourier-analyysi, I/19-20, Mallivastaukset, Laskuharjoitus 7

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto. 2 Teoreettista taustaa

Katso Opetus.tv:n video: Kirchhoffin 1. laki

1. Annettu siirtofunktio on siis G(s) ja vastaava systeemi on stabiili. Heräte (sisäänmeno) on u(t) = A sin(ωt), jonka Laplace-muunnos on

15. Suorakulmaisen kolmion geometria

* Trigonometriset funktiot suorakulmaisessa kolmiossa * Trigonometristen funktioiden kuvaajat

Juuri 7 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty c) sin 50 = sin ( ) = sin 130 = 0,77

Sähköstatiikka ja magnetismi Sähkömagneetinen induktio

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

Jakso 15. Vaihtovirrat. Sarja- ja lineaaripiirit. Maxwellin yhtälöt

Liikemäärän säilyminen Vuorovesivoimat Jousivoima

1.7. Trigonometristen funktioiden derivaatat

Kuva 1. Vastus (R), kondensaattori (C) ja käämi (L). Sinimuotoinen vaihtojännite

Trigonometriaa ja solve-komento GeoGebralla

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

Johdatus matematiikkaan

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

Luento 13: Periodinen liike. Johdanto Harmoninen värähtely Esimerkkejä F t F r

Sähkömagneettinen induktio

ELEC C4210 SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA Kimmo Silvonen

SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

Sähkötekniikka. NBIELS12 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

A B = 100, A = B = 0. D = 1.2. Ce (1.2 D. C (t D) 0, t < 0. t D. )} = Ae πjf D F{Π( t D )} = ADe πjf D sinc(df)

Jakso 10. Tasavirrat. Tasaantumisilmiöt. Vaihtovirrat. Sarja- ja lineaaripiirit. Maxwellin yhtälöt. (Kuuluu kurssiin Sähkömagnetismi, LuTK)

Tfy Fysiikka IIB Mallivastaukset

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Magneettikenttä ja sähkökenttä

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

y z = (x, y) Kuva 1: Euklidinen taso R 2

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

SATE2010 Dynaaminen kenttäteoria syksy /6 Laskuharjoitus 6 / Siirtojohdot ja transientit häviöttömissä siirtojohdoissa

Jaksollisen signaalin spektri

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

Matriisilaskenta Luento 10: Polaarimuoto ja kompleksilukujen geometriaa

Muuntajan toiminnasta löytyy tietoja tämän työohjeen teoriaselostuksen lisäksi esimerkiksi viitteistä [1] - [4].

( ) ( ) ( ) ( ) SMG-1100 Piirianalyysi I, kesäkurssi, harjoitus 1(3) Tehtävien ratkaisuehdotukset

IMPEDANSSIMITTAUKSIA. 1 Työn tavoitteet

Ratkaise tehtävä 1 ilman teknisiä apuvälineitä! 1. a) Yhdistä oikea funktio oikeaan kuvaajaan. (2p)

Mapu I Laskuharjoitus 2, tehtävä 1. Derivoidaan molemmat puolet, aloitetaan vasemmasta puolesta. Muistetaan että:

Matematiikan olympiavalmennus 2015 helmikuun helpommat

SMG-1100 Piirianalyysi I, kesäkurssi, harjoitus 2(3) Tehtävien ratkaisuehdotukset

TASA- JA VAIHTOVIRTAPIIRIEN LABORAATIOTYÖ 5 SUODATINPIIRIT

MATEMATIIKAN PERUSKURSSI I Harjoitustehtäviä syksy Millä reaaliluvun x arvoilla. 3 4 x 2,

Aiheena tänään. Virtasilmukka magneettikentässä Sähkömagneettinen induktio. Vaihtovirtageneraattorin toimintaperiaate Itseinduktio

FYS206/5 Vaihtovirtakomponentit

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

l 1 2l + 1, c) 100 l=0 AB 3AC ja AB AC sekä vektoreiden AB ja

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

y (0) = 0 y h (x) = C 1 e 2x +C 2 e x e10x e 3 e8x dx + e x 1 3 e9x dx = e 2x 1 3 e8x 1 8 = 1 24 e10x 1 27 e10x = e 10x e10x

SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

l 1 2l + 1, c) 100 l=0

Monisilmukkainen vaihtovirtapiiri

Valintakoe

Transkriptio:

Lineaarialgebra MATH.1040 / Piirianalyysiä 2

1 Seuraavat tarkastelut nojaavat trigonometrisille funktioille todistettuihin kaavoihin. sin(α + β) = sinα cosβ + cosα sinβ (1) cos(α + β) = cosα cosβ sinα sinβ (2) sin(α β) = sinα cosβ cosα sinβ (3) cos(α β) = cosα cosβ + sinα sinβ (4)

2 Seuraavassa sinimuotoisiin funktioihin liittyviä kaavoja. Perusmuoto sinimuotoiselle funktiolle on nyt f (t) = F sin(ωt + α) (5) F on funktion maksimiarvo eli amplitudi. ω on kulmataajuus. Jos generaattori pyörii f = 50 kierrosta sekunnissa, niin generaattorin tuottaman sähkövirran taajuus on f = 50 1 sekunti = 50Hz ja kulmataajuus on ω = 2πf = 100π rad sekunti = 100πHz α on vaihesiirto. Usein merkitsemme f (t) = F sin(ωt + α) F = F α, missä F on sinifunktion osoitin (kompleksiluku)

3 Lause 1. Sinimuotoinen funktio f (t) = F sin(ωt + α) voidaan myös kirjoittaa muotoon missä f (t) = a sin(ωt) + b cos(ωt), (6) { a = F cosα b = F sinα ja { F = a 2 + b 2 tan α = b/a Perustelu: Saamme suoraan summakulman sinin kaavasta (1) f (t) = F sin(ωt + α) = F (sin(ωt)cos(α) + cos(ωt)sin(α)) = F cos(α) sin(ωt) + F sin(α) cos(ωt) }{{}}{{} =a =b

4 Lause 2. Kahden sinimuotoisen funktion summa on myös sinimuotoinen funktio ja osoittimille pätee, että summan osoitin on osoittimien summa, eli { f (t) = F sin(ωt + α) F = F α g(t) = G sin(ωt + β) G = G β f (t) + g(t) F + G Perustelu: Lasketaan funktion f (t) + g(t) amplitudi ja vaihesiirto ja toisaalta kompleksiluvun F + G moduli ja kulma. Väite on perusteltu, jos amplitudi ja moduli ovat samat ja toisaalta vaihesiirto ja kulma ovat samat.

5 Amplitudi: f (t) + g(t) = F sin(ωt + α) + G sin(ωt + β) = F cos(α) sin(ωt) + F sin(α) cos(ωt) + G cos(β)sin(ωt) + G sin(β)cos(ωt) = (F cos(α) + G cos(β))sin(ωt) (F sin(α) + G sin(β))cos(ωt) Vertaamalla lauseen 1 kaavoihin nähdään, että summafunktio on sinimuotoinen ja amplitudi on (F cos(α) + G cos(β)) 2 + (F sin(α) + G sin(β)) 2 = F 2 + 2FG cos(α β) + G 2

6 Osoittimien summan moduli: F + G = (F α) + (G β) = F cosα + jf sinα + G cosβ + jg sinβ = (F cosα + G cosβ) + j(f sinα + G sinβ) = (F cos(α) + G cos(β)) 2 + (F sin(α) + G sin(β)) 2 = F 2 + 2FG cos(α β) + G 2 SAMA kuin edellä!

7 Vaihesiirto ja osoittimen kulma: Funktion f (t) + g(t) = (F cos(α) + G cos(β))sin(ωt) (F sin(α) + G sin(β))cos(ωt) vaihesiirrolle ϕ pätee tanϕ = Toisaalta osoittimen F sin(α) + G sin(β) F cos(α) + G cos(β) F + G = (F α) + (G β) = (F cosα + G cosβ) + j(f sinα + G sinβ) Kulman tangentti on sama

Resistanssi 8 Vastus Seuraavissa laskuissa sähkövirta on ajan funktiona i(t) = I sin(ωt + ϕ i ) I ϕ i ja jännite on ajan funktiona u(t) = U sin(ωt + ϕ u ) U ϕ u Vastus: Ohmin laki pätee myös vaihtovirroille u(t) = R i(t) U = R I Vastuksen yli vaikuttava jännite ja vastuksen läpi menevä virta on siis samassa vaiheessa.

9 Kela Kelassa virta synnyttää magneettikentän. Virran muuttuessa muuttuu myös magneettikenttä ja magneettikentän muutos indusoi kelaan jännitteen. Jännite on suoraan verrannollinen virran muutosnopeuteen. u(t) u(t) = L d dt i(t) i(t) i(t) = I sin(ωt + ϕ i ) I ϕ i u(t) = L d dt i(t) = L d dt I sin(ωt + ϕ i) = ωli cos(ωt + ϕ i ) = ωli sin(ωt + ϕ i + 90 ) ωli (ϕ i + 90 ) U = jωli

10 Kondensaattori Kelassa virta synnyttää magneettikentän. Virran muuttuessa muuttuu myös magneettikenttä ja magneettikentän muutos indusoi kelaan jännitteen. Jännite on suoraan verrannollinen virran muutosnopeuteen. u(t) i(t) = C d dt u(t) i(t) u(t) = I sin(ωt + ϕ u ) I ϕ u i(t) = C d dt u(t) = C d dt U sin(ωt + ϕ u) = ωcu cos(ωt + ϕ u ) = ωcu sin(ωt + ϕ u + 90 ) ωcu (ϕ u + 90 ) I = jωcu U = 1 jωc I = j ωc I

11 Laske virrat, kun oheisessa kytkennässä U 1 = 2.0 sin(ωt)v, U 2 = 5.0 sin(ωt)v, R 1 = 200Ω, Z 2 = j/(ωc)ω ja R 3 = 300Ω. i 1 U 2 i 3 R 1 Z 2 R 3 U 1 Kirchoffin ensimmäisestä laista saamme i 1 + i 2 + i 3 = 0. Kirchoffin toisesta laista saamme U 2 Z 2 i 2 + R 3 i 3 = 0 R 1 i 1 + U 1 + Z 2 i 2 = 0

12 Sijoitetaan parametrien arvot U 1 = 2.0V, U 2 = 5.0V, R 1 = 200Ω ja R 3 = 300Ω yhtälöihin i 1 + i 2 + i 3 = 0, U 2 Z 2 i 2 + R 3 i 3 = 0, R 1 i 1 + U 1 + Z 2 i 2 = 0, ja järjestetään yhtälöt sieviksi: i 1 + i 2 + i 3 = 0 j/(ωc)ωi 2 + 300Ωi 3 = 5.0V 200Ωi 1 j/(ωc)ωi 2 = 2.0V Jaetaan vielä toinen ja kolmas yhtälö ohmilla, jolloin yhtälöryhmä menee muotoon:

13 i 1 + i 2 + i 3 = 0 Z 2 i 2 + 300i 3 = 5.0A 200i 1 + Z 2 i 2 = 2.0A D = 1 1 1 0 Z 2 300 200 Z 2 0 = D 1 = = 0 1 1 5.0A Z 2 300 2.0A Z 2 0

14 i 1 + i 2 + i 3 = 0 Z 2 i 2 + 300i 3 = 5.0A 200i 1 + Z 2 i 2 = 2.0A D 2 = = 0 + 5.0A = 1600A 1 0 1 0 5.0A 300 200 2.0A 0 1 1 200 0 ( 2.0A) 1 1 0 300

15 i 1 + i 2 + i 3 = 0 Z 2 i 2 + 300i 3 = 5.0A 200i 1 + Z 2 i 2 = 2.0A D 3 = = 1 1 0 0 Z 2 5.0A 200 Z 2 2.0A

16 Siis: i 1 = D 1 D = i 2 = D 2 D = i 3 = D 3 D =