DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET. Kirchhoffin lait Aktiiviset piirikomponentit Resistiiviset tasasähköpiirit

Samankaltaiset tiedostot
SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA. Kirchhoffin lait Aktiiviset piirikomponentit Resistiiviset tasasähköpiirit

Aktiiviset piirikomponentit. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

DEE Sähkötekniikan perusteet

Luento 2. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

SÄHKÖTEKNIIKKA. NBIELS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2015

SÄHKÖTEKNIIKKA. NTUTAS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri kevät 2015

Sähkövirran määrittelylausekkeesta

DEE Sähkötekniikan perusteet

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

DEE Sähkötekniikan perusteet

1. Tasavirta. Virtapiirin komponenttien piirrosmerkit. Virtapiiriä havainnollistetaan kytkentäkaaviolla

Luento 6. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

2.2 Energia W saadaan, kun tehoa p(t) integroidaan ajan t suhteen. Täten akun kokonaisenergia W tot saadaan lausekkeesta ( )

Théveninin teoreema. Vesa Linja-aho (versio 1.0) R 1 + R 2

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

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

Luento 2. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

DEE Sähkötekniikan perusteet

2. Vastuksen läpi kulkee 50A:n virta, kun siihen vaikuttaa 170V:n jännite. Kuinka suuri resistanssi vastuksessa on?

Elektroniikka. Tampereen musiikkiakatemia Elektroniikka Klas Granqvist

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

SÄHKÖ KÄSITTEENÄ. Yleisnimitys suurelle joukolle ilmiöitä ja käsitteitä:

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

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

Coulombin laki. Sähkökentän E voimakkuus E = F q

Silmukkavirta- ja solmupistemenetelmä. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

SATE1140 Piirianalyysi, osa 1 kevät /9 Laskuharjoitus 4: Kerrostamis- ja silmukkamenetelmä

ELEC-C3230 Elektroniikka 1. Luento 1: Piirianalyysin kertaus (Lineaariset vahvistinmallit)

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

Kun järjestelmää kuvataan operaattorilla T, sisäänmenoa muuttujalla u ja ulostuloa muuttujalla y, voidaan kirjoittaa. y T u.

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

14.1 Tasavirtapiirit ja Kirchhoffin lait R 1. I 1 I 3 liitos + - R 2. silmukka. Kuva 14.1: Liitoksen, haaran ja silmukan määrittely virtapiirissä.

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

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

Luento 4 / 12. SMG-1100 Piirianalyysi I Risto Mikkonen

Passiiviset piirikomponentit. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

TA00AB71 Tasasähköpiirit (3 op) Syksy 2011 / Luokka AS11

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

SÄHKÖSTATIIKKA JA MAGNETISMI. NTIETS12 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2013

Kolmivaihejärjestelmän perusteet. Pekka Rantala

DEE Sähkötekniikan perusteet

DEE Sähkötekniikan perusteet Tasasähköpiirien lisätehtäviä

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA Aalto-yliopisto, sähkötekniikan korkeakoulu

Sähkötekiikka muistiinpanot

DEE Sähkötekniikan perusteet

Lineaarialgebra MATH.1040 / Piirianalyysiä

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

DEE Sähkötekniikan perusteet

Omnia AMMATTIOPISTO Pynnönen

Sähkötekniikka ja elektroniikka

SATE2180 Kenttäteorian perusteet Induktanssi ja magneettipiirit Sähkötekniikka/MV

Yhtälöryhmä matriisimuodossa. MS-A0007 Matriisilaskenta. Tarkastellaan esimerkkinä lineaarista yhtälöparia. 2x1 x 2 = 1 x 1 + x 2 = 5.

kipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki.

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

1. Tasavirtapiirit ja Kirchhoffin lait

2.2 Gaussin eliminaatio. 2.2 Gaussin eliminaatio. 2.2 Gaussin eliminaatio. 2.2 Gaussin eliminaatio

Harjoitustehtäviä kokeeseen: Sähköoppi ja magnetismi

Harjoitus 5 / viikko 7

Luento 2. SMG-2100 Sähkötekniikka Risto Mikkonen

FYSP104 / K2 RESISTANSSIN MITTAAMINEN

Kondensaattori ja vastus piirissä (RC-piiri)

Jännitteenjaolla, sekä sarjaan- ja rinnankytkennällä saadaan laskettua:

S Piirianalyysi 1 2. välikoe

FYS206/5 Vaihtovirtakomponentit

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA Aalto-yliopisto, sähkötekniikan korkeakoulu

RESISTANSSIMITTAUKSIA

SÄHKÖSUUREIDEN MITTAAMINEN

Fy06 Koe ratkaisut Kuopion Lyseon lukio (KK) 5/13

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

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

Sähkö ja magnetismi 2

5. Sähkövirta, jännite

Kondensaattori ja vastus piirissä (RC-piiri)

SÄHKÖMAGNETISMI: kevät 2017

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

KURSSIN TÄRKEIMPIÄ AIHEITA

Luento 1. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

DEE Sähkötekniikan perusteet 5 op

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

Yhtälöryhmä matriisimuodossa. MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta. Tarkastellaan esimerkkinä lineaarista yhtälöparia. 2x1 x 2 = 1 x 1 + x 2 = 5.

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Fysiikan laboratoriotyöt 3 Sähkömotorinen voima

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

Johdatus vaihtosähköön, sinimuotoiset suureet. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Hahmottava kokonaisuus TASAVIRTAPIIRIT. Sirkka-Liisa Koskinen Tapio Penttilä Ryhmä: E5

3D-kuva A B C D E Kuvanto edestä Kuvanto sivulta Kuvanto päältä. Nimi Sotun loppuosa - Monimuotokoulutuksen soveltavat tehtävät 20 p. Tehtävä 1 3p.

Kirchhoffin jännitelain perusteella. U ac = U ab +U bc U ac = U ad +U dc. U ac = R 1 I 12 +R 2 I 12 U ac = R 3 I 34 +R 4 I 34, ja I 34 = U ac

SATE.1040 Piirianalyysi IB syksy /8 Laskuharjoitus 1: Ohjatut lähteet

Pynnönen Opiskelija: Tarkastaja: Arvio:

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

Monisilmukkainen vaihtovirtapiiri

Sähkön perusteet. Elektroniikka ja sähköoppi. Klas Granqvist Akun Tehdas / Oy Aku s Factory Ltd

TEHTÄVÄT KYTKENTÄKAAVIO

Jakso 8. Ampèren laki. B-kentän kenttäviivojen piirtäminen

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

TYÖ 58. VAIMENEVA VÄRÄHTELY, TASASUUNTAUS JA SUODATUS. Tehtävänä on vaimenevan värähtelyn, tasasuuntauksen ja suodatuksen tutkiminen oskilloskoopilla.

Transkriptio:

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET Kirchhoffin lait Aktiiviset piirikomponentit Resistiiviset tasasähköpiirit jännitelähde virtalähde Kirchhoffin virtalaki Kirchhoffin jännitelaki Käydään läpi Kirchhoffin lait, joiden voidaan sanoa olevan piirianalyysin perusta. Lisäksi selvitetään, mitä aktiivinen piirikomponentti tarkoittaa. Lopuksi tarkastellaan, millä oletuksilla sähköpiiriä voidaan käsitellä resistiivisenä tasasähköpiirinä. 1

KIRCHHOFFIN VIRTALAKI Virtapiirin solmupisteeseen tulevien virtojen summa on yhtäsuuri kuin solmupisteestä lähtevien virtojen summa. Täten vasemmanpuoleiselle kuvalle voidaan kirjoittaa: I 1 + I 2 = I 3 + I 4. Kun oikeanpuoleiselle kuvalle kirjoitetaan, että "tulevien virtojen summa on yhtäsuuri kuin lähtevien virtojen summa", saadaan: I 1 + I 2 + I 3 + I 4 = 0. Jos oikeanpuoleisessa kuvassa I 1 = I 2 = I 3 = 1 A, I 4 :n arvoksi saadaan 3 A, jossa miinusmerkki tarkoittaa sitä, että I 4 :n suunta on vastakkainen kuvaan merkittyyn verrattuna. Kirchhoffin virtalain yleinen muoto on: n I 0, jossa n on solmupisteeseen liittyvien haaravirtojen lukumäärä. i1 i 2

KIRCHHOFFIN JÄNNITELAKI Suljetun virtapiirin jännitteiden summa on nolla. Vasemmanpuoleiselle kuvalle saadaan: U 1 + U 2 + U 3 + U 4 + U 5 + U 6 = 0. Jos U 1 = U 2 = U 3 = U 4 = U 5 = 1 V, U 6 :n arvoksi saadaan 5 V, jossa miinusmerkki tarkoittaa sitä, että U 6 :n suunta on vastakkainen kuvaan merkittyyn verrattuna. Kirchhoffin jännitelain yleinen muoto on: n U i1 i 0, jossa n on suljetussa virtapiirissä esiintyvien jännitteiden lukumäärä. Käytännön virtapiireissä jännitelähde syöttää piiriin jännitteen, joka "kuluu" piirin komponenteissa. Siksi oikeanpuoleisessa kuvassa E ja U:t ovat erisuuntaisia. 3

AKTIIVISET PIIRIKOMPONENTIT Sisältävät energian lähteen. Tällä kurssilla käsiteltävät aktiiviset piirikomponentit ovat jännitelähde ja virtalähde. Oheiset kuvat esittävät jännitelähteen (vasemmalla) ja virtalähteen (oikealla) yleisimmät piirrosmerkinnät. Hieman yleistäen voidaan sanoa, että aktiiviset piirikomponentit syöttävät piiriin energiaa, joka kuluu passiivisissa piirikomponenteissa. 4

JÄNNITELÄHDE Kuvaan merkittyä jännitettä E kutsutaan jännitelähteen lähdejännitteeksi. Kuvaan merkittyä jännitettä U kutsutaan usein jännitelähteen napajännitteeksi. Nimitys tulee siitä, että jännitelähteellä on aina positiivinen (kuvassa merkitty a:lla) ja negatiivinen (kuvassa merkitty b:llä) napa. Ideaalisella jännitelähteellä (vasen kuva) U ja E ovat yhtäsuuret riippumatta siitä, millainen kuorma napojen a ja b väliin kytketään. Käytännössä (oikea kuva) U ja E ovat erisuuret, sillä jännitelähteellä on aina jokin sisäinen resistanssi R, jonka vuoksi napajännite U riippuu napojen a ja b väliin kytkettävästä kuormasta. Paristo on esimerkki käytännön jännitelähteestä. 5

VIRTALÄHDE Kuvaan merkittyä virtaa J kutsutaan virtalähteen lähdevirraksi. Kuvaan merkittyä virtaa I kutsutaan usein kuormavirraksi, koska se on virta, joka kulkee napojen a ja b väliin kytkettävälle kuormalle. Ideaalisella virtalähteellä (vasen kuva) I on yhtäsuuri kuin J riippumatta siitä, millainen kuorma napojen a ja b väliin kytketään. Käytännössä I ja J ovat erisuuret, sillä virtalähteellä on aina jokin sisäinen resistanssi R, jonka vuoksi kuormavirta I riippuu napojen a ja b väliin kytkettävästä kuormasta. Yksinkertaista käytännön esimerkkiä virtalähteestä ei ole olemassa. Jos halutaan rakentaa lähde, joka syöttää (lähes) vakiovirtaa kuormasta riippumatta, tarvitaan huomattava määrä elektroniikka(osaamist)a. 6

Esimerkki Jos solmupiste määritellään siten, että kahden solmupisteen välillä vaikuttaa nollasta poikkeava jännite, kuinka monta solmupistettä oheisessa kytkennässä on? Entä kuinka monta haaravirtaa kytkennässä kulkee? 7

RESISTIIVISET TASASÄHKÖPIIRIT Tasasähköpiirin virrat ja jännitteet ovat ajan suhteen vakioita. Koska virta ei muutu ajan suhteen, käämin jännitteeksi saadaan: dil u L L0 0 V. L dt Tasasähköpiireissä käämi voidaan korvata oikosululla (eli pätkällä johdinta), koska oikosulun yli oleva jännite on nolla volttia. Koska jännite ei muutu ajan suhteen, kondensaattorin virraksi saadaan: duc i C C0 0 A. C dt Tasasähköpiireissä kondensaattori voidaan korvata tyhjäkäynnillä (eli poikki olevalla haaralla), koska tyhjäkäynnin virta on nolla ampeeria. 8